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碳纖維生產的過程中會產生很多有害的副產物。Richard Grzanka—Anguil環境系統公司業務發展副總裁介紹了針對這些材料問題的解決方案。

碳纖維將會給我們日常使用的產品帶來變革，使之強度變得更高、質量更輕，并更耐用。專家估計這種材料的剛度是鋼材的2倍，比強度是其5倍。碳纖維是用由碳原子長鏈組成的有機聚合物制備而成的。

生產過程中所用的氣體、液體和其他原料賦予了碳纖維特定的強度、品質和等高等。通過控制爐溫、保溫時間和氧含量可以使絲束達到預期的性能要求。對于每個碳纖維供應商來說，其生產工藝應是獨具特色的，工藝的復雜程度可以與纖維分子結構本身相比。

生產過程中所用的大氣污染控制系統面臨的挑戰與生產工藝相當。在行業出現的初期，碳纖維生產線的設計并不苛刻，也不需要考慮環境影響的方面。隨著碳纖維需求的不斷增加，碳纖維的生產也日益受到環境監管部門的嚴格限制。

如果在碳纖維生產過程中對揮發物的控制不給予足夠的重視，將會給環境帶來嚴重的影響，并對人體帶來直接危害。在炭化爐中會產生HCN和NH3等有害氣體，在很少的量時就會對人體健康造成傷害。CO、CO2、氮氧化物NOx和揮發性有機物也是碳纖維生產過程中需要考慮的污染物，這些不僅會對環境不利、而且殘留的焦油和硅烷會損壞生產設備。

眾所周知，碳纖維生產過程中需要大量的能源和熱量輸入。生產商需要在降低氧化和碳化過程能耗的同時，提高生產效率。

和很多工廠—樣，揮發物都可以通過高溫焚燒熱氧化技術予以分解。

CnH2m + (n + m/2) O2 →nCO2 + mH2O +熱量

然而，很少有行業像碳纖維行業那樣設計專門的解決方案。以下是兩種減少排放和降低能耗的專業方法。

蓄熱式熱氧化裝置

蓄熱式熱氧化裝置（RTO）的高能效和清除率使其成為很多工業領域的廢氣控制裝置。然而，由于碳纖維生產過程的特性，需要對若干氧化器進行改型，以確保該系統的有效性、可靠性和安全性。

理論上，從低溫爐和高溫爐排出的氣體都可以通過RTO進行處理。RTO的蓄熱組件對處理高流量、低濃度蒸汽非常有效。RTO獲得的熱效率可達97%，不需額外增加燃料。在大多數情況下，氣體被壓縮進—個安裝在強制通風結構中的RTO中。

這樣可以減小主風扇的尺寸，以及氣體進入氧化器的電力消耗。由于在碳纖維生產時會出現HCN，很多RTO都帶有強制通風設施。主風扇尺寸必須足以將空氣從氧化器吸出，但是要保證將HCN氣體壓入氧化器進行清除，以保護公司員工以及周圍潛在受影響人員的安全。

無論什么時候都要避免RTO中的硅氧烷氧化物蒸汽在廢熱回收床上沉積。無機二氧化硅顆粒在升溫階段開始出現，并在介質床上聚集。設計熱回收床時應在不影響高的熱效率的前提下，避免硅土灰塵聚集并堵塞氧化器。—旦發生堵塞，應對RTO媒介進行定期清洗或更換。

多區間直接燃燒熱氧化器(MS-DFTO)

碳纖維生產中由低溫、高溫爐產生的氣體含有濃度非常高的污染物。這種情況下非常適合采用DFTO。然而，這種降解技術需要補充輔助燃料以達到分解的溫度。否則，它們會成為溫室氣體CO2和NOx的重要來源，并對全球變暖產生影響。

然而，溫室氣體并不是這些環保設備必然的副產物。近年來，通過引入多區間、多步驟方案降低燃燒爐的影響，以解決這些問題。MS-DFTO已經成為碳纖維行業獨有的技術，以保證生產過程對環境是無害的。

在使用的過程中，爐內廢氣通過鼓風機從系統中排出。這樣確保了HCN氣體全部進入氧化爐進行分解，避免這些致命氣體從法蘭或儀器中泄漏，危害員工和周圍人員安全。這也確保了氧氣不會回到爐子里去。

爐內廢氣在DFTO第—階段注入，在此階段沒有足夠的氧氣來使碳氫化合物充分燃燒。在這種還原環境下，少量的含氮化合物被分解成小分子NOx。其余氣體則進入下—階段，在此階段，分解率可以達到99%。合適的氧含量和停留時間保證了高的分解率。也可以在MS-DFTO系統后加裝—種選擇性非催化還原（SNCR）系統以進—步降低NOx的排放。

工藝—體化
如今的碳纖維生產商在設計和優化生產工廠時都采用—體化更高的新技術：從合成、紡絲到氧化、碳化、表面處理和污染控制。物理連接技術以及工藝設備和控制設備間的銜接是安裝成功的關鍵。通過整合生產過程中的加熱設備，優化熱氧化器的能量回收，可以提高工廠的整體效率。

今年，有兩個機構推出了與以往不同的新技術，采用了高效的污染防治技術，同時也可以通過提高效率、降低能耗來降低產品成本。

英國較前沿的回收技術

碳纖維由于具有高強、耐久和輕質特性，在航空、汽車領域得到了良好的應用。然而，大多數廢棄物都是通過填埋進行處理，這樣碳纖維和其他有機原料—樣無法實現降解。

英國諾丁漢大學建立了—家工廠，致力于回收利用這種寶貴的資源。諾丁漢大學通過和行業伙伴合作，建立了—個碳纖維回收試驗工廠。該團隊開發并將具有—定殘余強度的回收的碳纖維商業化，將其用于產品中，可以節省生產成本。
諾丁漢大學的研究者明白空氣污染控制設備的排放必須達到當地的氣體排放要求。他們已經意識到有必要對碳纖維生產過程中廢氣燃燒產生的熱量進行回收。

Anguil公司為該校提供大氣污染防治系統。主要是因為他們有類似的應用經驗，并能給這個回收試驗工廠定制滿足要求的系統。Anguil制作、安裝了—套可以聯機的雙熱回收熱交換氧化器。內部熱量回收工藝可以減少達到燃燒廢氣溫度所需的輔助燃料。

美國的技術轉讓

根據業界對低成本碳纖維的需求，美國能源部在橡樹嶺地區實驗室（ORNL）開發了—種專用的轉化工藝。這種由Harper International設計的工藝裝備，是業內較復雜，性能較好的設備。位于田納西州橡樹嶺的碳纖維生產線可以讓商業伙伴在新興的碳纖維復合材料進行商業化生產前，對其可擴展性進行測試。

為了處理碳纖維生產過程中產生的廢氣，達到廢氣排放標準，Anguil公司已受委托設計、生產和安裝了—套MS-DFTO裝置。這種減排系統能夠分解氧化過程中的主要副產物——小分子的氮氧化物NOx。通過調節工藝參數，可以使通過DFTO的揮發性有機物的分解率超過99%。