[發(fā)明專利]一種穩(wěn)定運(yùn)行的環(huán)保型化學(xué)氣相滲透工藝方法及其裝置

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 200810089606.1
• 申請(qǐng)日: 2008-04-10
• 公開（公告）號(hào): CN101555590A
• 公開（公告）日: 2009-10-14
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 胡子君;李同起
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 航天材料及工藝研究所
• 主分類號(hào): C23C16/24
• 分類號(hào): C23C16/24;C23C16/44;C23C16/448;C23C16/52
• 代理公司: 核工業(yè)專利中心
• 代理人: 高尚梅

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明屬于一種穩(wěn)定運(yùn)行的環(huán)保型化學(xué)氣相滲透工藝方法及其設(shè)備，具 體涉及一種采用CVI爐內(nèi)剩余空間或附加高溫空間對(duì)尾氣進(jìn)行凈化處理并獲 得炭黑副產(chǎn)品的方法及其工藝設(shè)備。

背景技術(shù)

化學(xué)氣相滲透工藝(CVI)是制備炭/炭復(fù)合材料的一種主要的工藝方法， 該方法主要通過碳源氣體在高溫環(huán)境下向預(yù)制體內(nèi)部的擴(kuò)散，以及發(fā)生一系 列復(fù)雜的氣相化學(xué)裂解和熱縮聚反應(yīng)，在纖維表面形成熱解炭等過程，實(shí)現(xiàn) 對(duì)炭纖維預(yù)制體的增密處理。采用CVI工藝制備炭/炭復(fù)合材料，氣相碳源的 有效利用率一般僅為5～20wt％，在致密化后期通常低于10wt％，其余部分 將轉(zhuǎn)變?yōu)榻褂汀⑻亢凇⑤p質(zhì)烴類等反應(yīng)產(chǎn)物。焦油和炭黑等物質(zhì)沉降在化學(xué) 氣相沉積爐尾氣管道、真空設(shè)備等部位，造成堵塞或污染。管道中的炭黑和 焦油不僅清除起來難度大，而且經(jīng)常會(huì)導(dǎo)致意外停爐，即使勉強(qiáng)完成長(zhǎng)時(shí)間 運(yùn)行，也會(huì)出現(xiàn)氣體壓力波動(dòng)過大等現(xiàn)象，炭黑和焦油在管道中的隨機(jī)性分 布是影響到CVI進(jìn)程穩(wěn)定運(yùn)行的主要障礙之一，有時(shí)甚至對(duì)成品的品質(zhì)造成 嚴(yán)重影響；另外一方面，焦油中的一些有毒物質(zhì)排放到大氣中將造成環(huán)境污 染。

因此需要研制一種化學(xué)工藝以及相關(guān)設(shè)備來解決上述問題，使尾氣中的 中間產(chǎn)物發(fā)生進(jìn)一步的熱縮聚反應(yīng)，形成易于捕集的無毒炭黑物質(zhì)，從而克 服了尾氣中焦油和炭黑物質(zhì)容易堵塞管道、污染真空設(shè)備和有毒物質(zhì)污染環(huán) 境的缺點(diǎn)。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明的目的是，提供一種使尾氣中的中間產(chǎn)物發(fā)生進(jìn)一步的熱縮聚反 應(yīng)，形成易于捕集的無毒炭黑物質(zhì)，從而克服了尾氣中焦油和炭黑物質(zhì)容易 堵塞管道、污染真空設(shè)備和有毒物質(zhì)污染環(huán)境的缺點(diǎn)，并可以副產(chǎn)高品質(zhì)炭 黑的穩(wěn)定運(yùn)行的環(huán)保型化學(xué)氣相滲透工藝方法及其裝置。

本發(fā)明是這樣實(shí)現(xiàn)的，一種穩(wěn)定運(yùn)行的環(huán)保型化學(xué)氣相滲透工藝方法， 它包括以下幾個(gè)步驟，

1)碳源氣體在預(yù)制體致密化區(qū)實(shí)現(xiàn)高速定向流動(dòng)；

2)從預(yù)制體致密化區(qū)排出的反應(yīng)中間產(chǎn)物在高溫?zé)峥s聚-炭黑捕獲區(qū) 內(nèi)進(jìn)一步完成氣相熱縮聚反應(yīng)，形成固態(tài)炭黑類物質(zhì)；

3)固態(tài)炭黑物質(zhì)沉降在高溫反應(yīng)爐內(nèi)得到捕獲后，排出不含芳香烴類物 質(zhì)的凈化尾氣。

所述的步驟1)中高速定向流動(dòng)是指碳源氣體在預(yù)制體與容器壁之間的 狹縫通道中以大于5mm/s的線速度流動(dòng)，流動(dòng)方向受到限制，不發(fā)生返混現(xiàn) 象。

所述的步驟2)中高溫?zé)峥s聚-炭黑捕獲區(qū)是指CVI爐內(nèi)致密化區(qū)域以 外的高溫自由空間或另外一個(gè)能夠使反應(yīng)中間產(chǎn)物進(jìn)一步發(fā)生熱縮聚形成炭 黑，并能夠捕捉炭黑的高溫容器。所述的步驟2)中炭黑捕獲區(qū)適宜的工作 溫度在800℃以上，1000℃-1200℃為獲得理想炭黑產(chǎn)品的最佳溫度區(qū)間；適 宜的氣相壓力在20Pa-30kPa之間。

所述的步驟3)中炭黑的捕獲是指在致密化區(qū)域以外的空間內(nèi)，通過延 長(zhǎng)反應(yīng)產(chǎn)物在高溫區(qū)域內(nèi)的停留時(shí)間使其形成熱力學(xué)穩(wěn)定的炭黑類產(chǎn)物，然 后將其沉積捕獲。所述的步驟3)中尾氣在排出之前進(jìn)行過濾。所述的步驟3) 中在炭黑捕獲區(qū)設(shè)有輔助篩網(wǎng)結(jié)構(gòu)。

一種集合式環(huán)保型化學(xué)氣相滲透工藝設(shè)備設(shè)備，它包括圓筒形的CVI爐 體，在CVI爐體底部設(shè)有碳源進(jìn)氣管，CVI爐體的頂部設(shè)有凈化尾氣管，其 中，碳源進(jìn)氣管與CVI爐體內(nèi)的致密化容器連接，致密化容器頂部還設(shè)有出 口，在凈化尾氣管與CVI爐體的連接處還設(shè)有炭黑過濾網(wǎng)。

一種分立式環(huán)保型化學(xué)氣相滲透工藝設(shè)備設(shè)備，它包括圓筒形的CVI爐 體，在CVI爐體的底部設(shè)有碳源進(jìn)氣管，其中，所述的CVI爐體的頂部設(shè)有 尾氣轉(zhuǎn)移管，尾氣轉(zhuǎn)移管的另一端與圓柱形的尾氣高溫?zé)峤鉅t連接，尾氣高 溫?zé)峤鉅t的頂部還設(shè)有尾氣排出管，尾氣排出管與尾氣高溫?zé)峤鉅t的連接處 還設(shè)有炭黑過濾網(wǎng)。所述的尾氣高溫?zé)峤鉅t內(nèi)還設(shè)有盤管。

本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)是，與現(xiàn)有技術(shù)相比的有益效果是：

(1)通過對(duì)反應(yīng)中間產(chǎn)物進(jìn)行進(jìn)一步熱縮聚，使尾氣中的有害物質(zhì)形成 無毒的炭黑物質(zhì)，從而凈化了尾氣，實(shí)現(xiàn)了化學(xué)氣相沉積工藝的低污染排放；

(2)對(duì)反應(yīng)中間產(chǎn)進(jìn)行物熱縮聚形成炭黑物質(zhì)，并對(duì)炭黑物質(zhì)進(jìn)行捕獲， 可以有效減少尾氣中的焦油物質(zhì)和固體顆粒堵塞管道和污染真空設(shè)備，保障 了長(zhǎng)時(shí)間致密化過程的穩(wěn)定進(jìn)行。