低水耗pan基碳纖維原絲水洗工藝方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種能有效降低聚丙烯腈(PAN)基碳纖維用原絲生產(chǎn)過(guò)程水洗用水的工藝方法。
【背景技術(shù)】
[0002]碳纖維以其優(yōu)異的性能，廣泛用于航空航天、能源裝備、交通運(yùn)輸、建筑工程、體育休閑等各個(gè)領(lǐng)域，是國(guó)民經(jīng)濟(jì)和國(guó)防建設(shè)不可或缺的一種戰(zhàn)略性新材料。其中，以聚丙烯腈(PAN)基碳纖維市場(chǎng)占有率最大，應(yīng)用最廣泛。PAN基碳纖維由PAN原絲經(jīng)過(guò)氧化、炭化過(guò)程制得，原絲的成本占碳纖維總成本的50?60%。PAN原絲的生產(chǎn)過(guò)程需要經(jīng)過(guò)聚合、紡絲、凝固浴、水洗、干燥和牽伸等工序。為了降低原絲成本，減少二甲基亞砜(DMSO)廢水排放，需要采用先進(jìn)工藝降低凝固浴及水洗工序DMSO損耗，減少水洗用水量。
[0003]PAN濕法紡絲過(guò)程中，紡絲原液在凝固浴工序經(jīng)過(guò)噴絲、凝固，形成初生絲條。由于存在著濃度差，紡絲原液中的DMSO溶劑向凝固浴擴(kuò)散；同時(shí)，凝固浴中的水分子透過(guò)初生纖維的皮層向纖維內(nèi)部滲透，這一擴(kuò)散和滲透的過(guò)程，是原絲成形的“雙擴(kuò)散”過(guò)程。
[0004]為了使絲束以一定速度成形，凝固浴按濃度梯度及其它工藝條件的不同分為四個(gè)階段，分別為凝固浴一浴、凝固浴二浴、凝固浴三浴及預(yù)牽伸。每一個(gè)階段DMSO濃度要求控制在一定的范圍內(nèi)，DMSO含量過(guò)高或過(guò)低，都不利于原絲的凝固成形。凝固浴四個(gè)階段控制DMSO濃度逐級(jí)降低，在預(yù)牽伸階段時(shí)，濃度越低越好，以減少絲束攜帶DMSO溶液進(jìn)入下游水洗工序。
[0005]絲束在水洗工序主要完成原絲表面及內(nèi)部攜帶DMSO的洗滌工作，以保證絲束內(nèi)部DMSO含量降低至0.2%以下。在一定的水洗工藝條件下，絲束攜帶的DMSO越多，水洗階段消耗的洗滌水量越大，廢水排放量也會(huì)相應(yīng)增加，DMSO損耗量增大。因此，減少原絲水洗用水，降低原絲成本，需要從上游凝固浴和水洗工序著手，采用先進(jìn)的工藝技術(shù)，減少DMSO損耗和廢水排放。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0006]本發(fā)明的目的在于:提供一種能顯著減少PAN基碳纖維原絲水洗用水的工藝方法，從而減少PAN基碳纖維原絲生產(chǎn)過(guò)程中的廢水排放量，減少溶劑DMSO損耗，降低原絲成本。
[0007]本發(fā)明采用的技術(shù)方案為:
1、在三浴槽出口處安裝一套壓水輥裝置，減少絲束帶入預(yù)牽伸槽的DMSO夾帶量；
2、向預(yù)牽伸儲(chǔ)液罐補(bǔ)充水洗廢水，調(diào)節(jié)預(yù)牽伸槽內(nèi)DMSO濃度至O?5.0%范圍，利用預(yù)牽伸儲(chǔ)液罐內(nèi)廢液進(jìn)一步調(diào)節(jié)凝固浴一、二、三浴濃度；
3、在預(yù)牽伸槽循環(huán)栗出口處安裝一套過(guò)濾裝置，使預(yù)牽伸廢液過(guò)濾后加入凝固浴一?三浴儲(chǔ)液罐，最終匯入凝固浴廢液罐，然后送至精餾系統(tǒng)，回收溶劑DMSO ;
4、通過(guò)管道將預(yù)牽伸儲(chǔ)液罐上部與凝固浴廢液罐連接，使預(yù)牽伸儲(chǔ)液罐內(nèi)多余廢液溢流至凝固浴廢液槽，以便進(jìn)一步回收DMSO ;
5、在保證水洗槽出口絲束的DMSO含量較低的條件下，降低水洗補(bǔ)水量，至原絲用水噸耗 10 ?40m3/to
[0008]所述壓水棍裝置采用一種橡膠棍，截面直徑50?300mm，表面光滑。
[0009]所述技術(shù)方案2中的水洗廢水，為水洗工序水流出口處的DMSO廢水。
[0010]所述技術(shù)方案3中的過(guò)濾裝置，采用316不銹鋼燭形過(guò)濾器，濾芯為超微反滲透膜。
[0011]本發(fā)明的積極效果是:利用壓水輥裝置，減少絲束帶入預(yù)牽伸槽的DMSO夾帶量；利用水洗廢水合理調(diào)節(jié)預(yù)牽伸槽DMSO濃度，然后用預(yù)牽廢液調(diào)節(jié)凝固浴一?三浴濃度，剩余部分溢流至凝固浴廢液罐，回收低濃度DMS0，使原絲生產(chǎn)廢水得到充分利用；降低水洗工序無(wú)離子水補(bǔ)水量，減少水洗廢水外排，從而減少PAN原絲生產(chǎn)過(guò)程中DMSO損耗，減少DMSO廢水排放；可最大限度節(jié)約水洗用水，使原絲用水單耗降低到40m3/噸以下，實(shí)現(xiàn)水洗廢水零排放；大幅降低原絲生產(chǎn)成本，節(jié)能減排，實(shí)現(xiàn)高效環(huán)保的綠色經(jīng)濟(jì)。
【附圖說(shuō)明】
[0012]圖1為本發(fā)明方法的工藝流程圖。
【具體實(shí)施方式】
[0013]下面結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明的【具體實(shí)施方式】作詳細(xì)說(shuō)明。
[0014]如圖1所示，本發(fā)明的工藝方法是:首先，在PAN紡絲凝固浴三浴槽I出口傳動(dòng)設(shè)備2處，安裝一套壓水裝置10，它是一種壓水輥組合，壓水輥采用一種特殊的橡膠輥，截面直徑50?300mm，耐熱、耐壓、耐腐蝕，壓水棍表面光滑，硬度適中，在一定的工作壓力下對(duì)絲束無(wú)任何傷害，主要用以減少原絲絲束攜帶DMSO溶液進(jìn)入預(yù)牽伸槽3和水洗槽9，使三浴槽I內(nèi)DMSO濃度控制在1.0%?20%范圍內(nèi)；第二，將水洗槽9經(jīng)管道11與預(yù)牽伸儲(chǔ)液罐7連接，向預(yù)牽伸儲(chǔ)液罐7補(bǔ)充水洗廢水，調(diào)節(jié)預(yù)牽伸槽3內(nèi)DMSO濃度至O?5.0%范圍，進(jìn)一步利用預(yù)牽伸廢液調(diào)節(jié)凝固浴一?三浴濃度；第三，在預(yù)牽伸槽循環(huán)栗出口處安裝一套過(guò)濾器裝置13，采用316不銹鋼燭形過(guò)濾器，濾芯為超微反滲透膜，使預(yù)牽伸廢液經(jīng)過(guò)濾后作為凝固浴一?三浴的調(diào)節(jié)溶液，分別注入凝固浴一浴儲(chǔ)液罐4、凝固浴二浴儲(chǔ)液罐5、凝固浴三浴儲(chǔ)液罐6，最終溢流匯入凝固浴廢液罐8后送至精餾系統(tǒng)，回收溶劑DMS0，過(guò)濾器精度要求在5 μπι以下；第四，通過(guò)管道12將預(yù)牽伸儲(chǔ)液罐7上部與凝固浴廢液罐8連接，使預(yù)牽伸儲(chǔ)液罐7內(nèi)多余廢液溢流至凝固浴廢液罐8，以便進(jìn)一步回收DMSO ;第五，在保證水洗槽9出口絲束的DMSO含量較低的條件下，減少絲束洗滌過(guò)程中連續(xù)補(bǔ)充的無(wú)離子水14補(bǔ)水量，至原絲用水噸耗在10?40m3/t范圍。
【主權(quán)項(xiàng)】
1.一種低水耗PAN基碳纖維原絲水洗工藝方法，其特征在于: ①在三浴槽出口處安裝一套壓水裝置，減少絲束帶入預(yù)牽伸槽的DMSO夾帶量； ②向預(yù)牽伸儲(chǔ)液罐補(bǔ)充水洗廢水，調(diào)節(jié)預(yù)牽伸槽內(nèi)DMSO濃度至O?5.0%范圍，利用預(yù)牽伸廢液調(diào)節(jié)凝固浴一、二、三浴濃度； ③在預(yù)牽伸槽循環(huán)栗出口處安裝一套過(guò)濾裝置，使預(yù)牽伸廢液過(guò)濾后進(jìn)入凝固浴廢液罐，回收溶劑DMSO ； ④通過(guò)管道將預(yù)牽伸儲(chǔ)液罐上部與凝固浴廢液罐連接，使預(yù)牽伸儲(chǔ)液罐內(nèi)多余廢液溢流至凝固浴廢液槽，進(jìn)一步回收DMSO ; ⑤在保證水洗槽出口絲束的DMSO含量較低的條件下，降低水洗補(bǔ)水量至原絲用水噸耗 10 ?40m3/to2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的低水耗PAN基碳纖維原絲水洗工藝方法，其特征在于:上述壓水裝置采用一種橡膠輥，截面直徑50?300mm，表面光滑。3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的低水耗PAN基碳纖維原絲水洗工藝方法，其特征在于:所述步驟②中的水洗廢水，全部為水洗工藝廢水。4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的低水耗PAN基碳纖維原絲水洗工藝方法，其特征在于:上述過(guò)濾裝置采用316不銹鋼燭形過(guò)濾器，濾芯為超微反滲透膜。5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的低水耗PAN基碳纖維原絲水洗工藝方法，其特征在于:上述過(guò)濾器過(guò)濾精度為5 μπι以下。
【專利摘要】一種低水耗PAN基碳纖維原絲水洗工藝方法，主要包括壓水節(jié)流、廢水回用、超濾三個(gè)主要工序，利用壓水輥裝置，減少絲束帶入預(yù)牽伸槽的DMSO夾帶量；利用水洗廢水合理調(diào)節(jié)預(yù)牽伸槽DMSO濃度，然后用預(yù)牽廢液調(diào)節(jié)凝固浴一～三浴濃度，剩余部分集中到凝固浴廢液槽，回收低濃度DMSO，使原絲生產(chǎn)廢水得到充分利用；降低水洗工序無(wú)離子水補(bǔ)水量，減少水洗廢水外排，從而減少PAN原絲生產(chǎn)過(guò)程中DMSO損耗，減少DMSO廢水排放；最大限度降低水洗用水，使原絲用水單耗降低到40m3/噸以下，實(shí)現(xiàn)水洗廢水零排放，達(dá)到2013年工信部《關(guān)于加快推進(jìn)碳纖維行業(yè)持續(xù)健康發(fā)展的指導(dǎo)意見(jiàn)》中提出的噸聚丙烯腈原絲產(chǎn)品水耗不超過(guò)45噸行業(yè)準(zhǔn)入標(biāo)準(zhǔn)。大幅降低原絲生產(chǎn)成本，節(jié)能減排，實(shí)現(xiàn)高效環(huán)保的綠色經(jīng)濟(jì)。
【IPC分類】D01D5/06, D01F9/22, D01D10/06
【公開(kāi)號(hào)】CN105040129
【申請(qǐng)?zhí)枴緾N201510339813
【發(fā)明人】魏慧卿, 呂春祥, 蔣元力, 蔡文有, 王俊峰, 李志鵬, 張黎明, 王學(xué)彩, 邵偉, 彭俊飛
【申請(qǐng)人】河南永煤碳纖維有限公司, 中國(guó)科學(xué)院山西煤炭化學(xué)研究所
【公開(kāi)日】2015年11月11日
【申請(qǐng)日】2015年6月18日