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碳纤维工艺和回收:废气处理效率提升,能量使用全面优化

05/30/2012

VOC abatement

Ecopure VAR

Ecopure RTO

比蒂希海姆 – 比辛根,2012年5月- 近几年来,碳纤维和复合材料的应用范围显著增加,并呈现持续增加的势头,其主要原因在于这些材料能够明显减轻飞机、汽车和风力叶片的重量,进而可以减少燃料消耗,提升效率。但是,由于需要用到纤维氧化炉和碳化炉,碳纤维的生产会消耗大量的热量,而从氧化炉和碳化炉排放出来的物质,如氰化氢(HCN)、氨(NH3)、一氧化碳(CO)、焦油和其它可挥发性有机化合物,如果处理不当,就会严重污染环境,危及人类健康。

早在1988年,碳纤维刚刚进入工业应用的初期,Dürr就开发了Ecopure VAR技术,并一直沿用至今。VAR是一种直燃式焚烧炉系统。
一套VAR系统包括一个耐火材料内衬氧化室、一个燃烧器单元,以及喷嘴和喷管,来自碳纤维氧化炉和碳化炉的废气通过喷嘴和喷管直接喷射到氧化室中。这些废气经过湍流混合后,通过燃烧器进行高温加热,最终超过99.9 %的污染物都会分解,并氧化成无害的水和CO2气体。从氧化室中排放出来的热净化气体可以接着用于生成高温蒸汽,或者用于加热油、水或新鲜空气,然后为氧化炉和碳化炉提供热源。

VAR附图

根据早期获得的经验,Dürr在上世纪九十年代开发并推出了一种专用燃烧器系统,以及一种喷射各种废气的特殊方法,得益于此,我们在大约850 – 900°C的氧化温度下就可以满足欧洲、美国和亚洲地区的99.9 %的分解要求和相关的排放限制,而一般的系统至今仍然需要超过1100°C的温度才能满足这些限制。更令人惊叹的是,Ecopure VAR让氮氧化物也降到了最低水平,最后排放的净化气体中,氮氧化物含量甚至低于20 ppm。
受惠于这种燃烧器技术,Dürr的Ecopure VAR系统能够帮助碳纤维厂商大幅节省处理废气所需的燃料消耗,进而全面降低运营成本。

Dürr提供的Ecopure VAR系统有两种,一种可以在一个一体式单元中处理来自氧化炉和碳化炉的废气,另一种系统则只用于处理来自碳化炉的废气。

根据碳纤维和前材料的类型,有时会有少量的硅树脂混合在氧化炉和碳化炉的废气中。经过氧化后,这些硅树脂会形成一些固体,如果结构设计不当,就会堵塞热回收系统。有鉴于此,Dürr还提供了一种专用热回收系统,目的是避免这种堵塞现象的发生,同时可以在设备生产过程中进行自动清洁。

如此周到的考虑赢得了市场的青睐,许多碳纤维厂商都选择使用Dürr Ecopure® VAR设备净化废气和回收工艺热能,确保净化空气最终排放到大气时的温度低于废气进入系统时的温度。这种技术的优越性显而易见,碳纤维厂商不仅能够实现绿色环保的工艺,而且对能量的需求也低于没有废气处理的技术。

有些碳纤维厂商因为条件不允许,而无法利用所有回收的热能,为此,Dürr提供了一种替代方案,即允许通过再生式热氧化炉Ecopure RTO,仅处理来自氧化炉的废气,甚至是部分废气。这种技术也非常成熟,因为Dürr从1996年就开始为一些碳纤维厂商提供此类设备。

一套Ecopure RTO系统包含耐火材料内衬再生热交换器槽、氧化室、辅助燃烧器系统,以及用于引导气流的管道系统。

每个再生槽都配有陶瓷热交换材料,氧化室配有燃烧器,并连通各个再生槽。

管道系统中配置了严格密封的阀,按照设定的时间控制废气进入再生槽,然后根据需要,从再生槽中释放净化后的气体。在由下至上流经陶瓷材料的过程中,废气会得到预热。在此阶段,废气中所含的大部分污染物已经被氧化。在氧化室中,废气被加热到能够充分反应的温度,从而完成净化过程。然后,净化后的气体由上至下流经其它槽,将其热能传递给陶瓷材料。

Dürr Ecopure RTO之所以深受青睐,是因其高达97 %的出色热效率,经过处理后,从Ecopure RTO系统排放的净化气体的温度只比废气进入时高出大约30 – 40 °C。因此,在废气中污染物浓度已经较低的情况下,Ecopure RTO系统可以在运行时自行供热,没有任何燃料需求,因为氧化过程也会释放热量。另外,Dürr Ecopure RTO系统的废气分解率高达99.9 %,符合各个国家和地区的所有相关排放限制标准。

如果用于处理碳化炉废气的Ecopure VAR搭配用于处理氧化炉废气的Ecopure RTO,二者能够产生完美的效果,废气处理系统的燃料消耗几乎为零,因为只需引火即可。另外,这两个系统还可以回收热量,尽量减少生产线上所需的能量。

在20多年的时间里,Dürr为欧洲、美国和亚洲的客户提供了30多套用于碳纤维工艺的废气处理系统,运营经验非常丰富。无论是新建生产线,还是升级现有生产线,Dürr都能够为各种碳纤维工艺提供最合适的废气处理和能量优化解决方案。

除了碳纤维工艺,如果需要,Dürr的环境和能源系统部门还能为碳纤维回收、复合材料生产、预浸布制造、各种化学和制药工艺、喷漆和涂层、挥发性有机化合物或除味工艺提供废气处理解决方案。

更多信息
www.durr-cleantechnology.com


Dürr是一家机械与工厂工程集团,在全球市场上享有其经营领域的领导地位。其超过80%的业务销售来自汽车工业,此外还为航空、机械、化工和制药行业提供创新生产和环境技术。Dürr集团在市场上经营有四个部门。喷漆与装配系统部门规划并建造油漆车间和总装车间,尤其是针对汽车工业。应用技术部门通过其机器人技术提供自动化的喷漆应用程序。隶属于测量和处理系统部门的机械与系统用于发动机和传动装置制造以及汽车最终装配等领域。第四个部门是清洁技术系统部门,该部门专注于改善能源效率和废气净化处理。Dürr在全世界22个国家/地区拥有49家办事处。2011年,集团的销售额达到19亿欧元,员工人数约为6800人。


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