本發(fā)明涉及一種聚丙烯腈纖維，特別是涉及一種聚丙烯腈纖維的低成本生產(chǎn)工藝及裝置。

背景技術(shù)：

1、聚丙烯腈基碳纖維作為一種高性能、輕質(zhì)的材料，發(fā)展前景廣闊。在航空航天領(lǐng)域，碳纖維有助于降低飛行器的重量，提升燃油效率與性能。隨著航空航天技術(shù)的發(fā)展，碳纖維的應(yīng)用將更廣泛。在汽車工業(yè)，碳纖維可減輕汽車的整體重量，提高燃油效率和安全性；新能源汽車等的發(fā)展將推動(dòng)碳纖維應(yīng)用擴(kuò)大在能源領(lǐng)域。另外，碳纖維在風(fēng)力發(fā)電和太陽能等領(lǐng)域的應(yīng)用前景好，且隨著相關(guān)技術(shù)的進(jìn)步，需求會(huì)持續(xù)增加。此外，低空經(jīng)濟(jì)等新興領(lǐng)域的崛起，也為碳纖維帶來新的市場(chǎng)需求。

2、聚丙烯腈基碳纖維的制備流程包括聚丙烯腈纖維(原絲)的制備，具體為：聚丙烯腈紡絲液的制備及運(yùn)輸、噴絲、凝固成型、水洗、熱水牽伸、上油、干燥致密化、蒸汽牽伸等工序。然后對(duì)聚丙烯腈纖維(原絲)進(jìn)行預(yù)氧化、低溫碳化及高溫碳化處理，得到聚丙烯腈基碳纖維。

3、但是，聚丙烯腈纖維(原絲)的生產(chǎn)成本相對(duì)較高，并且生產(chǎn)過程中還存在污水廢氣等環(huán)保問題需要進(jìn)一步解決。其中，在聚丙烯腈纖維的生產(chǎn)成本構(gòu)成中，能耗占的比例僅次于化工原料，遠(yuǎn)高于人工成本等費(fèi)用，所以如何有效地節(jié)能是降本增效、提高產(chǎn)品市場(chǎng)競(jìng)爭力、提高企業(yè)經(jīng)濟(jì)效益的一大途徑，也是技術(shù)進(jìn)步和科學(xué)管理水平的體現(xiàn)。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路

1、有鑒于此，本發(fā)明提供一種聚丙烯腈纖維的低成本生產(chǎn)工藝及裝置，主要目的在于降低聚丙烯腈纖維的生產(chǎn)成本。

2、為達(dá)到上述目的，本發(fā)明主要提供如下技術(shù)方案：

3、一方面，本發(fā)明實(shí)施例提供一種聚丙烯腈纖維的低成本生產(chǎn)工藝，其中，所述聚丙烯腈纖維的低成本生產(chǎn)工藝包括如下步驟：

4、第一換熱步驟：將去離子水與蒸汽凝液進(jìn)行換熱處理，得到第一次升溫處理后的去離子水和第一降溫處理后的蒸汽凝液；其中，所述蒸汽凝液為干燥致密化工序排出的蒸汽凝液和/或蒸汽牽伸工序排出的蒸汽凝液；

5、第二換熱步驟：將所述第一次升溫處理后的去離子水和蒸汽進(jìn)行換熱處理，得到第二次升溫處理后的去離子水和第二降溫處理后的蒸汽凝液；

6、第一補(bǔ)水步驟：將所述第二次升溫處理后的去離子水輸送至熱水牽伸工序所用的熱水牽伸裝置內(nèi)，用于對(duì)熱水牽伸裝置進(jìn)行補(bǔ)水；

7、回收蒸汽凝液步驟：將所述第一降溫處理后的蒸汽凝液、第二降溫處理后的蒸汽凝液作為補(bǔ)水輸送至蒸汽制備裝置中，以制備蒸汽，用在聚丙烯腈纖維的生產(chǎn)中。

8、優(yōu)選的，所述第一次升溫處理后的去離子水的溫度≥60℃；和/或

9、所述第二次升溫處理后的去離子水的溫度≥65℃；和/或

10、所述第二次升溫處理后的去離子水的溫度與熱水牽伸工序的工藝溫度一致；優(yōu)選的，在第二換熱步驟中，通過控制通入的蒸汽流量，以控制第二次升溫處理后的去離子水的溫度，使其與熱水牽伸工序的工藝溫度一致。

11、優(yōu)選的，所述聚丙烯腈纖維的低成本生產(chǎn)工藝還包括：

12、第二補(bǔ)水步驟：將熱水牽伸裝置內(nèi)的水溢流至水洗工序所用的水洗裝置內(nèi)，用于對(duì)水洗裝置進(jìn)行補(bǔ)水。

13、優(yōu)選的，所述聚丙烯腈纖維的低成本生產(chǎn)工藝還包括：

14、第三補(bǔ)水步驟：將水洗工序排出的水中的一部分輸送至凝固浴中，用于對(duì)凝固浴進(jìn)行補(bǔ)水；

15、優(yōu)選的，將水洗工序排出的水中的另一部分進(jìn)行收集，以用于回收溶劑，優(yōu)選的，用于回收二甲基亞砜；

16、優(yōu)選的，在對(duì)凝固浴進(jìn)行補(bǔ)水時(shí)，補(bǔ)水量需滿足以下公式：

17、c＝a×b(1-d)/d；

18、其中，a為紡絲細(xì)流的供料量；單位為噸/h；b為供料中的溶劑濃度，單位為wt％；c為凝固浴的補(bǔ)水量，單位為噸/h；d為凝固浴中的溶劑濃度，單位為wt％；

19、優(yōu)選的，在所述水洗工序排出的水中，溶劑的殘留量≤7wt％；

20、優(yōu)選的，纖維經(jīng)過水洗工序后，纖維中的溶劑殘留量≤0.02wt％。

21、優(yōu)選的，所述聚丙烯腈纖維的低成本生產(chǎn)工藝還包括：

22、熱水制備步驟，利用熱水制備裝置制備的熱水，用于給熱水牽伸工序的第一加熱管路、水洗工序的第二加熱管路、供料工序的第三加熱管路提供熱水；

23、優(yōu)選的，所述供料管路包括聚丙烯腈紡絲液供料管路；

24、優(yōu)選的，在所述熱水制備步驟中，將蒸汽通入到熱水制備裝置內(nèi)，對(duì)脫鹽水進(jìn)行加熱，以制備熱水；

25、優(yōu)選的，熱水制備裝置為熱水罐或換熱器。

26、優(yōu)選的，所述聚丙烯腈纖維的低成本生產(chǎn)工藝還包括：

27、蒸汽制備步驟，用于制備蒸汽，以為干燥致密化工序、蒸汽牽伸工序、第二換熱步驟、熱水制備步驟提供蒸汽。

28、另一方面，本發(fā)明實(shí)施例提供一種聚丙烯腈纖維的低成本生產(chǎn)裝置，其中，所述聚丙烯腈纖維的低成本生產(chǎn)裝置包括：

29、第一換熱設(shè)備，所述第一換熱設(shè)備用于使去離子水與蒸汽凝液進(jìn)行換熱處理，以得到第一次升溫處理后的去離子水和第一降溫處理后的蒸汽凝液；其中，所述第一換熱設(shè)備的蒸汽凝液進(jìn)口用于連通干燥致密化裝置的蒸汽凝液排出管路和/或蒸汽牽伸裝置的蒸汽凝液排出管路；

30、第二換熱設(shè)備，所述第二換熱設(shè)備的進(jìn)水口與所述第一換熱設(shè)備的出水口連通，所述第二換熱設(shè)備的蒸汽進(jìn)口用于與蒸汽制備裝置連通，用于將所述第一次升溫處理后的去離子水和蒸汽進(jìn)行換熱處理，得到第二次升溫處理后的去離子水和第二降溫處理后的蒸汽凝液；

31、其中，所述第二換熱設(shè)備的出水口用于和熱水牽伸工序所用的熱水牽伸裝置連通，以對(duì)熱水牽伸工序進(jìn)行補(bǔ)水；

32、其中，所述第一換熱設(shè)備上的蒸汽凝液出口、第二換熱設(shè)備上的蒸汽凝液出口用于連通蒸汽制備裝置，以使第一降溫處理后的蒸汽凝液、第二降溫處理后的蒸汽凝液作為補(bǔ)水輸送至蒸汽制備裝置，以制備蒸汽，用于聚丙烯腈纖維的生產(chǎn)中；

33、優(yōu)選的，所述第一換熱設(shè)備包括管程和殼程；其中，去離子水作為管程的介質(zhì)，蒸汽凝液作為殼程的介質(zhì)；

34、優(yōu)選的，所述第二換熱設(shè)備包括管程和殼程；其中，第一次升溫處理后的去離子水作為管程的介質(zhì)，蒸汽作為殼程的介質(zhì)；

35、優(yōu)選的，熱水牽伸裝置為熱水牽伸槽。

36、優(yōu)選的，所述聚丙烯腈纖維的低成本生產(chǎn)裝置還包括：

37、溢流裝置，所述溢流裝置用于使所述熱水牽伸裝置內(nèi)的水能溢流至水洗工序所用的水洗裝置中，以對(duì)水洗裝置進(jìn)行補(bǔ)水；

38、優(yōu)選的，所述溢流裝置包括漏斗狀接液結(jié)構(gòu)和溢流管路；其中，所述漏斗狀接液結(jié)構(gòu)的一端為喇叭狀進(jìn)口，另一端為管狀出口；其中，所述喇叭狀進(jìn)口與所述熱水牽伸裝置的槽口連通，所述管狀出口與溢流管路的一端連通；其中，所述溢流管路的另一端與水洗裝置連通；或

39、所述溢流裝置包括搭接板，所述搭接板的第一端高于第二端；其中，所述搭接板的第一端位于熱水牽伸裝置的溢流口處，所述搭接板的第二端位于水洗裝置的進(jìn)水口處，以使熱水牽伸裝置的溢流水進(jìn)入水洗裝置內(nèi)；其中，熱水牽伸裝置的溢流口高于水洗裝置的進(jìn)水口；

40、優(yōu)選的，所述水洗裝置選用水洗槽。

41、優(yōu)選的，所述聚丙烯腈纖維的低成本生產(chǎn)裝置還包括：

42、水洗工序排水管路：所述水洗工序排水管路用于和水洗裝置連接，用于將水洗裝置內(nèi)的水排出；

43、凝固浴補(bǔ)水管路：所述凝固浴補(bǔ)水管路與所述水洗工序排水管路連通，用于將水洗工序排出的水中的一部分輸送至凝固浴中，用于對(duì)凝固浴進(jìn)行補(bǔ)水；

44、收集罐：所述收集罐與所述水洗工序排水管路連通，用于將水洗工序排出的水中的另一部分進(jìn)行收集，以用于回收其中的溶劑；

45、優(yōu)選的，所述聚丙烯腈纖維的低成本生產(chǎn)裝置還包括凝固浴補(bǔ)水量控制系統(tǒng)，以使凝固浴的補(bǔ)水量滿足如下公式：

46、c＝a×b(1-d)/d；

47、其中，a為紡絲細(xì)流的供料量；單位為噸/h；b為供料中的溶劑濃度，單位為wt％；c為凝固浴的補(bǔ)水量，單位為噸/h；d為凝固浴中的溶劑濃度，單位為wt％；

48、優(yōu)選的，所述凝固浴補(bǔ)水量控制系統(tǒng)包括流量控制閥，其中，所述流量控制閥設(shè)置在凝固浴補(bǔ)水管路上，以控制補(bǔ)水量；

49、優(yōu)選的，所述凝固浴補(bǔ)水量控制系統(tǒng)還包括軟件控制系統(tǒng)；其中，所述軟件控制系統(tǒng)用于根據(jù)所述公式、紡絲細(xì)流的供料量、供料中的溶劑濃度、凝固浴中的溶劑濃度計(jì)算出所需的補(bǔ)水量，然后對(duì)所述流量控制閥發(fā)出信號(hào)，以實(shí)現(xiàn)對(duì)補(bǔ)水量的控制。

50、優(yōu)選的，所述聚丙烯腈纖維的低成本生產(chǎn)裝置還包括：

51、熱水制備裝置，所述熱水制備裝置用于制備熱水，其中，所述熱水制備裝置與熱水牽伸工序的第一加熱管路、水洗工序的第二加熱管路、供料系統(tǒng)的第三加熱管路連通，以為聚丙烯腈纖維生產(chǎn)中的熱水牽伸工序、水洗工序、供料管路提供保溫?zé)嵩矗?/p>

52、蒸汽制備裝置，所述蒸汽裝置用于制備蒸汽，其中，所述蒸汽制備裝置與干燥致密化裝置、蒸汽牽伸裝置、第二換熱設(shè)備、熱水制備裝置連通，以為干燥致密化工序、蒸汽牽伸工序、第二換熱設(shè)備、熱水制備裝置提供蒸汽；

53、優(yōu)選的，所述第一加熱管路設(shè)置在熱水牽伸裝置內(nèi)，以對(duì)熱水牽伸裝置內(nèi)的水進(jìn)行加熱保溫，優(yōu)選為加熱盤管；

54、優(yōu)選的，所述第二加熱管路設(shè)置在水洗裝置內(nèi)，以對(duì)水洗裝置內(nèi)的水進(jìn)行加熱保溫，優(yōu)選為加熱盤管；

55、優(yōu)選的，所述第三加熱管路為供料管路的夾套管；

56、優(yōu)選的，所述蒸汽制備裝置選用蒸汽鍋爐；

57、優(yōu)選的，所述熱水制備裝置選用熱水罐或換熱器。

58、與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明的一種聚丙烯腈纖維的低成本生產(chǎn)裝置及工藝至少具有下列有益效果：

59、本發(fā)明實(shí)施例提供一種聚丙烯腈纖維的低成本生產(chǎn)工藝，通過設(shè)置第一換熱步驟，利用干燥致密化工序排出的蒸汽凝液和/或蒸汽牽伸工序排出的蒸汽凝液作為熱源，對(duì)去離子水進(jìn)行換熱以對(duì)熱水牽伸裝置進(jìn)行補(bǔ)水，在此本實(shí)施例利用了排出的蒸汽凝液和/或蒸汽牽伸工序排出的蒸汽凝液中的余熱，從而節(jié)約了能耗。另外，本實(shí)施例通過將換熱處理后的蒸汽凝液(降溫處理后的蒸汽凝液)作為補(bǔ)水輸送至蒸汽制備裝置中，以制備蒸汽，用于聚丙烯腈纖維的生產(chǎn)中，這樣能夠進(jìn)一步節(jié)約水資源、且進(jìn)行廢水余熱利用等。因此，本實(shí)施例提供的一種聚丙烯腈纖維的低成本生產(chǎn)工藝能夠?qū)ε懦龅恼羝哼M(jìn)一步充分重復(fù)利用，從而節(jié)約能耗和水資源，進(jìn)而降低聚丙烯腈纖維的生產(chǎn)成本。

60、進(jìn)一步地，本發(fā)明實(shí)施例提供的聚丙烯腈纖維的低成本生產(chǎn)工藝，通過將熱水牽伸槽內(nèi)的水溢流至水洗槽，實(shí)現(xiàn)對(duì)水洗槽的補(bǔ)水，這樣設(shè)計(jì)，不僅利用了熱水牽伸槽的溢流水的余熱，從而節(jié)約能耗，還節(jié)約水資源，從而降低聚丙烯腈纖維的生產(chǎn)成本。

61、進(jìn)一步地，本實(shí)施例提供的一種聚丙烯腈纖維的低成本生產(chǎn)工藝，通過將水洗工序排出的水，用于給凝固浴補(bǔ)水，一方面對(duì)水洗工序排出水中亞砜進(jìn)行再利用，另一方面節(jié)約了水資源；再一方面，通過控制補(bǔ)水量，以確保凝固浴中凝固浴液的濃度；再一方面，通過將多余的水洗工序排水進(jìn)行收集，以回收亞砜，進(jìn)一步避免污染水資源，還實(shí)現(xiàn)溶劑的回收利用。

62、另一方面，本發(fā)明實(shí)施例還提供一種聚丙烯腈纖維的低成本生產(chǎn)裝置，利用上述的聚丙烯腈纖維的低成本生產(chǎn)工藝，進(jìn)行低成本生產(chǎn)，因此，本發(fā)明實(shí)施例提供的一種聚丙烯腈纖維的低成本生產(chǎn)裝置具有上述的有益效果，在此不一一贅述。

63、上述說明僅是本發(fā)明技術(shù)方案的概述，為了能夠更清楚了解本發(fā)明的技術(shù)手段，并可依照說明書的內(nèi)容予以實(shí)施，以下以本發(fā)明的較佳實(shí)施例并配合附圖詳細(xì)說明如后。