탄소 섬유 생산 공정에서 부산물로 생산되는 시안화물 함유 꼬리 가스는 심각한 환경 손상을 유발하고 인체 건강에 심각한 위협이되는 매우 위험하고 독성 가스입니다. 탄소 섬유 생산에서 시안화물 꼬리 가스를 처리하는 일반적인 방법은 소각 및 흡착입니다. 두 경우 모두, 배기 가스의 유해 성분은 소각을 통해 궁극적으로 파괴된다. 소각은 이러한 유해 물질을 분해 할 수 있지만 질소 산화물과 같은 오염 물질을 생성하며 처리 된 배기 가스는 배출 기준을 충족하기 위해 추가 질소 제거 및 기타 조치가 필요합니다. 이 방법은 2 차 환경 오염을 유발하고 어느 정도 자원 낭비를 유발합니다. 이 문제를 해결하기 위해 DODGEN은 탄소 섬유 생산에서 시안화물 함유 꼬리 가스의 자원 활용에 초점을 맞춘 처리 프로세스를 제안합니다. 이 공정은 배기 가스에서 HCN 및 NH3 와 같은 귀중한 구성 요소의 포괄적 인 활용을 포함합니다. 처리 후 테일 가스는 배출 기준을 충족하며 부산물은 다운 스트림 시안화물 기반 미세 화학 물질을 생산하는 데 사용되어 상당한 경제적 이점을 제공합니다.
나. 기술 배경
탄소 섬유는 고강도, 고온 저항, 내식성, 피로 저항, 크리프 저항 및 전기 및 열 전도성과 같은 우수한 특성을 가지고 있습니다. 항공 우주, 스포츠 및 레저, 의료 및 토목 공학 분야에서 널리 사용되어 군사 및 민간 응용 분야를위한 고성능 섬유 소재입니다. 현재 탄소 섬유 생산은 주로 폴리 아크릴로 니트릴 (PAN) 을 원료로 사용하여 산화 및 탄화의 두 가지 핵심 단계를 거쳐 탄소 함량이 높은 탄소 섬유를 생산합니다. 그러나, 산화 및 탄화 단계 동안, 다량의 테일 가스가 생성된다. 꼬리 가스에는 낮은 수준의 가연성 성분이 포함되어있어 무해한 소각을 위해 연료를 추가해야합니다. 그 결과, 연료 소비가 높아, 운영 비용이 증가하게 된다. 탄소 섬유 꼬리 가스의 주요 오염 물질 인 시안화 수소는 일산화탄소의 35 배 독성을 가진 매우 위험하고 독성이 강한 물질입니다. 이 오염 물질의 직접 배출은 공기를 심하게 오염시켜 인체 건강에 심각한 위협이됩니다.
현재, 탄소 섬유 제조 공정 동안 생성된 대부분의 테일 가스는 연소 또는 흡착 방법에 의해 처리된다. 전형적인 접근법은 재생 열 산화기 (RTO) [5] 의 사용이다. 그러나, 이 방법은 고온에서 작동하고, 다량의 연료를 소비하며, 높은 작동 비용을 초래하며, 상당한 배기 가스를 발생시킨다. 처리 된 HCN은 산업 오염 물질 배출 기준 ( <0.3 mg/m³) 을 충족하지 않으며 일부 HCN 및 NHPost는 질소 산화물로 산화되어 2 차 대기 오염을 초래합니다. 또한, 이 방법은 포괄적 인 방식으로 테일 가스를 이용하지 않거나 하류 사용을 위한 가치있는 부산물을 생성하지 않는다.
한편, HCN 및 타르의 농도가 높은 탄소 섬유 테일 가스의 경우, 연소 방법은 배출 기준을 충족시키지 못하여, 탄소 섬유 생산에 해로운 환경 오염을 야기한다. 반면에, 그것은 꼬리 가스를 포괄적으로 이용하거나 하류 적용을 위한 귀중한 부산물을 생산하지 않으며, 결과적으로 에너지 낭비를 초래한다. 따라서, 포괄적인 방식으로 탄소 섬유 테일 가스를 처리 및 이용하는 방법은 에너지 소비를 감소시키고, 환경 압력을 완화시키고, 생산 비용을 절감하는데 중요하다. 이를 해결하기 위해 DODGEN은 산화 및 탄화 단계에서 생성 된 시안화물 함유 테일 가스를 처리하기위한 일련의 장비를 개발하여 탄소 섬유 시안화물 테일 가스의 처리에서 좋은 결과를 얻었습니다.
II. 탄소 섬유 공정 흐름
탄소 섬유 공정 흐름의 단순화 된 다이어그램은 다음과 같습니다.
그림 1: 탄소 섬유 공정 흐름의 단순화 된 다이어그램
다이어그램에 도시된 바와 같이, 탄화 단계 동안의 테일 가스 온도는 더 높고 (500-900 ℃), 배기 가스 부피는 산화 단계에 비해 더 낮다. 따라서, 테일 가스 내의 유기 화합물의 농도가 더 높고, HCN, NHML과 같은 독성 및 유해 가스를 방출하고, 약간의 타르를 함유한다. 산화 단계에서, 테일 가스의 총 부피는 더 크며, 온도는 100-200 ℃이다. 독성 및 해로움의 농도HCN 및 NHML과 같은 풍부한 가스는 낮습니다 (0.1% 미만). 생산되는 탄소 섬유 1 톤당 200-300 kg의 타르 및 300-400 kg의 HCN을 포함하여 1 톤의 유기 화합물이 생성되는 것으로 추정됩니다.
III. 공정 흐름 및 처리 결과
1. 원료
원료는 탄소 섬유 공장에서 2000 톤의 연간 생산 능력을 가진 산화 및 탄화 공정 중에 생성 된 폐 가스로 구성됩니다. 폐가스의 조성 및 질량 농도는 표 1 및 표 2 에 나타낸다.
표 1: 산화로 꼬리 가스에 있는 각 성분의 질량 농도
상기 표 1 로부터 알 수 있는 바와 같이, 총 가스 부피가 크기 때문에, 유기 화합물의 전체 농도는 0.1% 미만이다.
표 2: 기화기 꼬리 가스에 있는 각 성분의 질량 농도
산화로 및 탄화로의 배기 가스는 혼합시 농도의 상당한 변동과 방전 중 희석 문제로 인해 개별적으로 처리 및 배출되어야합니다.
2. 분석 방법
표 3: 주요 오염 물질에 대한 분석 방법
3. 산화로 배기 가스 처리
그림 2: 산화로 배기 가스 처리 공정 흐름
산화로의 뜨거운 공기는 100-200 ° C 범위의 온도를 가지며 예열이 필요합니다. 배기 가스의 오염 특성에 따라 흡수 처리를 위해 3 단계 흡수 타워가 선택됩니다. 각 타워에는 순환 펌프가 장착되어 있으며 순환 액체는 액체와 배기 가스 사이의 완전한 접촉을 보장하기 위해 타워 상단에서 분무됩니다. 배기 가스로부터 오염 물질을 제거 할 수 있습니다. 10% 농도의 시안화 나트륨을 농축하여 30% 제품으로 판매 할 수 있습니다. 그러나 고독성 화학 물질 판매를 둘러싼 규제 문제로 인해 시안화나트륨을 별도로 판매하는 것이 어려울 수 있습니다. 그러므로, a시안화 나트륨 공정시안화 나트륨을 산성화하기 위해 황산을 포함하는 것을 사용하여 시안화 수소 (HCN) 로 전환 한 다음 하이드 록시 아세토 니트릴을 생산하는 데 사용됩니다.
시안화 나트륨 치료를위한 반응 공식:
NaCN H2SO4 → HCN NaSO4
4. 탄화로 배기 가스 처리
그림 3: 탄화로 배기 가스 처리 공정 흐름
저온 탄화로와 고온 탄화로의 폐가스 조성물은 유사하며, 둘 다 비교적 고온이다. 따라서, 혼합 후에 배기 가스의 양 스트림을 함께 처리하는 것이 고려된다. 고온 탄화로 (약 900 ° C) 및 저온 탄화로 (약 600 ° C) 로부터의 배기 가스 파이프 라인에서 혼합되어 약 의 온도에서 열 교환기로 들어갑니다.열 교환을 위한 500-600 °C. 타르는 더 낮은 온도에서 높은 점도를 갖기 때문에, 타르를 혼합하고 흡수하기 위해 용매가 사용된다. 타르 제거 후 배기 가스는 배기 가스로부터 암모니아를 제거하기 위해 3 단계 암모니아 제거 시스템으로 보내집니다. 최종 생성물은 황산암모늄 회수를 위해 보내지는 황산암모늄 용액이다. 암모니아 제거 공정은 수용액에서 암모니아와 황산 사이의 중화 반응을 이용하여 배기 가스로부터 암모니아를 제거한다. 반응 방정식은 다음과 같다.
H2SO4 2NH3 →(NH4)2SO4 H2O
포름알데히드와 HCN 함유 배기 가스는 하이드 록시 아세토 니트릴 반응기로 들어가 순환 액체와 반응하여 하이드 록시 아세토 니트릴을 생성합니다. CO, H₂ 등의 가연성 물질을 함유하는 배기 가스는 연소를 위해 테일 가스 소각로로 보내진다. 이 공정에서 생산된 하이드록시아세토니트릴은 다른 제품을 제조하기 위한 중간체로서 사용되거나 생성물로서 판매될 수 있다. 하이드록시아세토니트릴 공정은 포름알데히드 용액과 HCN의 반응을 수반하여 하이드록시아세토니트릴을 생성한다. 화학 반응 방정식은 다음과 같습니다.
HCN HHCHO→ HOCH2CN
탄화 섹션 및 산화 섹션으로부터의 타르가 동시에 용매 제거 타워와 HCN 스트리핑 타워로 공급되어 타르를 회수한다.
5. 치료 결과 및 경제적 이익
산화로 및 혼합 탄화로 배출되는 배기 가스의 HCN, NHPod 및 CO의 유속 및 농도뿐만 아니라 HCN, NHHot, 대기 중으로 배출된 배기 가스 중의 CO는 전술한 분석 방법을 사용하여 검출되었다. 그 결과를 표 4 에 나타낸다.
표 4: 산화로에서 주요 오염 가스의 처리 효율성
표 5: 기화기에서 주요 오염 가스의 치료 효율성
표 4 및 5 에 나타낸 바와 같이, 이 공정은 탄소 섬유 생산으로부터 시안화물 함유 꼬리 가스의 다양한 성분의 농도 변화에 효과적으로 적응할 수 있으며, 그리고 그것은 여전히 처리 후 배출 기준을 준수 달성 할 수 있습니다. 연간 2000 톤의 생산 능력을 기반으로 시안화물 꼬리 가스 처리는 연간 1860 톤의 하이드 록시 아세토 니트릴 (연간 기준), 140 톤의 황산 암모늄을 생산할 수 있습니다. 그리고 타르의 연간 560 톤. 이 프로젝트에는 단일 2000 톤 탄소 섬유 생산 라인이 포함되기 때문에 부산물 인 하이드 록시 아세토 니트릴이 제품으로 판매됩니다. 탄소섬유 2000 톤에서 배출가스를 종합적으로 활용하면 2 천 500 만 위안을 넘는 경제적 이익이 발생할 것으로 예상된다. 대규모 탄소 섬유 생산을 위해, 하이드록시아세토니트릴 산업 사슬은 이미다졸리딘 디에탄올아민, 이미노디아세트산, 글리신, 하이드록시아세트산 및 이인산염과 같은 고 부가가치 생성물을 포함하도록 추가로 확장될 수 있다. 다른 사람들과 함께.
IV. 결론
(1) 이 공정은 탄소 섬유 생산에서 시안화물 함유 꼬리 가스의 온도 및 농도 범위에서 큰 변동을 효과적으로 수용 할 수 있습니다. 그것은 강한 적응성을 가지고, 최소한의 연료 소비를 필요로하며, 생산 시스템은 지속적으로 안정적으로 작동 할 수 있습니다. 이 과정은 작동하기 쉽습니다.
(2) 탄소 섬유 생산에서 시안화물 함유 꼬리 가스를 처리 한 후, HCN 농도는 "공기 오염 물질에 대한 포괄적 인 배출 표준" (GB16297-1996) 에 의해 설정된 배출 기준을 충족시킬 수 있습니다. NHott는 "주변 대기 품질 표준" (GB3095-2012) 을 충족 할 수 있으며 CO는" 주변 대기 품질 표준 " (GB3098-2012).
(3) 이 공정은 시안화물 함유 꼬리 가스의 HCN을 탄소 섬유 생산에서 더 높은 경제적 가치를 가진 제품인 하이드 록시 아세토 니트릴로 성공적으로 전환하고 NHPost를 비료 급 황산 암모늄으로 변환합니다. 또한 타르를 재활용합니다. 우회술로 추정됩니다.2000 톤의 탄소 섬유의 배기 가스에서 나온 하이드 록시 아세토 니트릴을 포함한 오덕트는 2,500 만 위안 이상의 판매 수익을 창출하여 상당한 경제적 이점을 보여줍니다.
