CN105642085A - 一种纤维乙醇蒸爆废气的处理工艺 - Google Patents

Abstract

本发明公开一种纤维乙醇蒸爆废气的处理工艺，依次包括如下处理单元：（1）高压脉冲等离子单元，通过高压脉放电产生的臭氧、超声和紫外辐射迅速氧化分解废气中的有机污染物；（2）旋流过滤单元，利用旋流过滤产生的离心力除去蒸汽中粒径超过0.1μm的硫酸雾；（3）捕集吸附单元，捕集吸附更细小的硫酸雾和其他气态污染物。该方法在不损失蒸爆废气的热值的前提下处理废气中的污染物，同时可以回收一部分硫酸雾，使处理后的蒸汽可以循环使用。

Description

一种纤维乙醇蒸爆废气的处理工艺

技术领域

本发明属于废气处理领域，具体涉及一种纤维乙醇预处理过程中产生的蒸爆废气的处理工艺。

背景技术

近年来，当今社会面临着严重的能源危机，发展燃料乙醇作为化石燃料的替代品已经成为国际上的广泛共识。就燃料乙醇的生产原料而言，以玉米、小麦等粮食作物为主的乙醇生产会存在“与人争粮”的问题，越来越多的人已经开始质疑粮食乙醇的社会效益。因此，从长远发展的角度看，包括木材废料、农作物秸秆在内的木质纤维素类物质是最具前景的燃料乙醇生产原料。

目前，以纤维素为原料制取燃料乙醇技术已基本成熟，具体过程为：原料首先进行粉碎和除杂，然后进行稀酸蒸爆预处理，使纤维素与木质素和半纤维素分离。利用纤维素酶使分离出的纤维素进行酶解反应，酶解生成己糖单独发酵制乙醇，并对乙醇进行蒸馏浓缩和分子筛脱水从而得到纤维乙醇。

蒸爆废气是纤维乙醇生产过程中产生的主要废气污染源，蒸爆废气主要包括：大量的水蒸气、硫酸雾、非甲烷总烃以及含硫有机污染物。稀酸蒸爆预处理通常在高温高压下进行，因此需要消耗大量的蒸汽，而常规的废气处理方法需要将蒸气冷凝后进行处理，处理后的气体通常只能达标排放而无法继续作为蒸汽循环利用。如CN103045656A提出一种气爆秸秆物料的收集及能量综合利用工艺，纤维乙醇蒸汽爆破产生的废气首先通过冷凝器形成液体，液体送污水处理工序，尾气进入吸收塔进行吸附处理。经该方法处理后，蒸爆废气虽然能够达标排放，但废气丧失了热值，无法继续作为蒸汽循环利用。此外，由于纤维乙醇蒸爆废气组成复杂，需要多种吸附剂共同作用，吸附剂的容量有限且再生困难，该方法不能长期稳定达标排放，因此，这种方法不适合蒸爆废气的处理。

发明内容

针对纤维乙醇蒸爆废气存在的上述问题，本发明提出一种经济可靠的处理方法，该方法在不损失蒸爆废气的热值的前提下处理废气中的污染物，同时可以回收一部分硫酸雾，使处理后的蒸汽可以循环使用。

本发明一种纤维乙醇蒸爆废气的处理工艺，依次包括如下处理单元：

（1）高压脉冲等离子单元，通过高压脉放电产生的臭氧、超声和紫外辐射迅速氧化分解废气中的有机污染物；

（2）旋流过滤单元，利用旋流过滤产生的离心力除去蒸汽中粒径超过0.1μm的硫酸雾；

（3）捕集吸附单元，捕集吸附更细小的硫酸雾和其他气态污染物。

本发明方法中，步骤（1）所述的蒸爆废气为发酵法生产纤维乙醇蒸爆过程中产生的废气，该废气含有大量的水蒸气、硫酸雾、以及部分非甲烷总烃和含硫有机污染物。

本发明方法中，步骤（1）所述的高压脉冲放电技术是通过一定的高压电场对介质进行放电，介质中的气体、水分子在高能电子的轰击下产生一系列基元物化反应。气体和水分子被激活，产生多种活性自由基，以及伴随放电产生的高温、高压、紫外光、冲击波等综合效应将将气体中的有机污染物完全氧化生成CO₂和SO₃，这类物质分散溶于蒸爆废气中的饱和水蒸气里。高压脉冲电源放电电压为0~150KV，冲击电流幅值为5~20KA，脉冲前沿为100~300ns，自动脉冲放电频率为5~10Hz；优选高压脉冲电源放电电压为20~120KV，冲击电流幅值为8~16KA，脉冲前沿为120~280ns，自动脉冲放电频率为6~9Hz；进一步优选高压脉冲电源放电电压为50~100KV，冲击电流幅值为10~15KA，脉冲前沿为150~250ns，自动脉冲放电频率为7~8Hz。

本发明方法中，步骤（2）所述的旋流过滤单元为气液旋流分离器，蒸汽由反应器的底部进入，旋流上升至顶部出口排出。在旋流过滤器的入口处投加聚丙烯酰胺粉末，加入量为0.2~10mg/m³（每立方米的废气中含有的聚丙烯酰胺粉末的质量），优选为1~5.5mg/m³，进一步优选为1.6~3.2mg/m³。聚丙烯酰胺粉末能够促进雾滴的聚合，增加了硫酸雾的颗粒粒径和重量，在高速旋流的产生的离心力与雾滴重力共同作用下，使硫酸雾得到回收利用。具体操作参数为：气体通过旋流过滤时流速为2.5~3.5m/s。

本发明方法中，步骤（3）所述的捕集吸附单元为捕集吸附反应器，内设玻璃纤维捕集介质和活性炭纤维吸附填料，两者填料层的高度为5:1~10:1，滤速为0.1~0.5m/s，可捕集吸附粒径0.01~0.1的μm的硫酸雾以及高压放电单元生成的气态氧化物。废气经捕集吸附处理后，不含有气态污染物和硫酸雾，可继续作为蒸汽重复利用。

纤维乙醇蒸爆废气经高压脉冲等离子单元处理后，废气中组成复杂的各类挥发性有机污染物被氧化分解生成CO₂、H₂O和SO₃，然后经旋流过滤和捕集吸附除去粒径大于0.01μm的硫酸雾和氧化生成的气态污染物，去除率大于99.9wt%。本发明方法在不损失气体热值的前提下，既回收了废气中的硫酸，又处理了气态污染物，流程简单处理效果稳定可靠，运行费用低廉，适合大规模工业应用。

附图说明

图1是本发明方法旋流过滤单元及捕集吸附单元装置的具体结构示意图。

1、进气口，2、投加罐，3、椎体、4、出气口，5、旋流板，6、出液口，7、液封罐，8、鼓风机，9、玻璃纤维捕集介质层，10、活性炭纤维滤料层，11、净化气，12、滤板，13、回收液。

具体实施方式

以下结合附图对本发明方法的具体工艺过程进行说明。

图1是本发明一种旋流过滤单元-捕集吸附单元装置的具体结构示意图。具体过程如下：高压脉冲等离子单元处理后的气体沿切向方向由底部进气口1进入旋流过滤器，入口处的投加罐2向气体投加聚丙烯酰胺粉末。气体在旋流板5的作用下沿着边壁内部高速旋转，形成旋流上升由出气口4排出。聚丙烯酰胺溶液在高速旋流的过程中均匀分布在硫酸雾中，雾滴逐渐聚集增大，在重力和离心力的共同作用下，被甩向椎体3的边壁，通过出液口6排至液封罐7。旋流过滤后的气体由鼓风机8通至捕集吸附反应器内，在玻璃纤维捕集介质9的过滤捕集作用下，细小的硫酸雾颗粒聚集增大形成液体，通过滤板12形成回收液16排至液封罐7内保存，上升的气体经过活性炭纤维滤料层10，进一步吸附由高压脉冲等离子单元处理后生成的气态氧化物，处理后的净化气11由反应器顶部排放。

下面通过实施例进一步说明本发明方法和效果，其中wt%为质量分数。

实施例1

采用本发明方法对国内某纤维乙醇中试生产基地产生的蒸爆废气进行处理。分析结果表明，蒸爆废气中含有硫酸雾3060mg/m³（排放标准45mg/m³）、非甲烷总烃2320mg/m³（排放标准120mg/m³）、主要的挥发性有机物为糠醛914mg/m³、乙醛626mg/m³、呋喃194mg/m³，恶臭物质有甲硫醇4.27mg/m³（排放标准0.01mg/m³）、甲硫醚2.82mg/m³（排放标准0.15mg/m³）、二甲二硫8.3mg/m³（排放标准0.13mg/m³）。

废气入口温度为120℃，高压脉冲电源0~150KV，冲击电流幅值为5~20KA，脉冲前沿为100~300ns，放电频率5~10Hz。旋流过滤入口投加聚丙烯酰胺粉末1mg/m³，控制旋流过滤气速2.5m/s，捕集吸附气速0.1m/s，玻璃纤维捕集介质与活性炭纤维吸附填料填充高度比为5:1。经高压脉冲放电——旋流过滤——捕集吸附处理后，蒸爆废气中硫酸雾36mg/m³，非甲烷总烃70mg/m³，糠醛、乙醛和呋喃分别为12mg/m³、25mg/m³和8.6mg/m³，废气呈无色透明状且无异味，未检出恶臭物质。

实施例2

采用本发明方法处理与实施例1相同的废气，具体的操作条件如下：废气入口温度为120℃，高压脉冲电源20~120KV，冲击电流幅值为8~16KA，脉冲前沿为120~280ns，放电频率6~9Hz。旋流过滤入口投加聚丙烯酰胺粉末5.5mg/m³，控制旋流过滤气速3.5m/s，捕集吸附气速0.5m/s，玻璃纤维捕集介质与活性炭纤维吸附填料填充高度比为10:1。经高压脉冲放电——旋流过滤——捕集吸附处理后，蒸爆废气中硫酸雾40mg/m³，非甲烷总烃92mg/m³，糠醛、乙醛和呋喃分别为20mg/m³、28mg/m³和9.2mg/m³，废气呈无色透明状且无异味，未检出恶臭物质。

实施例3

采用本发明方法处理与实施例1相同的废气，具体的操作条件如下：废气入口温度为120℃，高压脉冲电源50~100KV，冲击电流幅值为10~15KA，脉冲前沿为150~250ns，放电频率7~8Hz。旋流过滤入口投加聚丙烯酰胺粉末2.6mg/m³，控制旋流过滤气速3.0m/s，捕集吸附气速0.25m/s，玻璃纤维捕集介质与活性炭纤维吸附填料填充高度比为7.5:1。经高压脉冲放电——旋流过滤——捕集吸附处理后，蒸爆废气中硫酸雾32mg/m³，非甲烷总烃68mg/m³，糠醛、乙醛和呋喃分别为10mg/m³、19mg/m³和6.8mg/m³，废气呈无色透明状且无异味，未检出恶臭物质。

实施例4

同实例1，只是过过滤捕集中旋流过滤入口处不加入聚丙烯酰胺粉末，经高压脉冲放电——旋流过滤——捕集吸附处理后，蒸爆废气中硫酸雾256mg/m³（排放标准45mg/m³），非甲烷总烃135mg/m³（排放标准120mg/m³），糠醛、乙醛和呋喃分别为29mg/m³、35mg/m³和12.6mg/m³。恶臭物质甲硫醇0.2mg/m³（排放标准0.01mg/m³）、甲硫醚0.3mg/m³（排放标准0.15mg/m³）、二甲二硫0.6mg/m³（排放标准0.13mg/m³）。

Claims (12)

1.一种纤维乙醇蒸爆废气的处理工艺，其特征在于：依次包括如下处理单元：

（1）高压脉冲等离子单元，通过高压脉放电产生的臭氧、超声和紫外辐射迅速氧化分解废气中的有机污染物；

（2）旋流过滤单元，利用旋流过滤产生的离心力除去蒸汽中粒径超过0.1μm的硫酸雾；

（3）捕集吸附单元，捕集吸附更细小的硫酸雾和其他气态污染物。

2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于：步骤（1）所述的蒸爆废气为发酵法生产纤维乙醇蒸爆过程中产生的废气。

3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于：步骤（1）高压脉冲电源放电电压为0~150KV，冲击电流幅值为5~20KA，脉冲前沿为100~300ns，自动脉冲放电频率为5~10Hz。

4.根据权利要求3所述的方法，其特征在于：高压脉冲电源放电电压为20~120KV，冲击电流幅值为8~16KA，脉冲前沿为120~280ns，自动脉冲放电频率为6~9Hz。

5.根据权利要求4所述的方法，其特征在于：高压脉冲电源放电电压为50~100KV，冲击电流幅值为10~15KA，脉冲前沿为150~250ns，自动脉冲放电频率为7~8Hz。

6.根据权利要求1所述的方法，其特征在于：步骤（2）所述的旋流过滤单元为气液旋流分离器，蒸汽由反应器的底部进入，旋流上升至顶部出口排出。

7.根据权利要求1所述的方法，其特征在于：步骤（2）在旋流过滤器的入口处投加聚丙烯酰胺粉末，加入量为0.2~10mg/m³。

8.根据权利要求7所述的方法，其特征在于：聚丙烯酰胺粉末加入量为1~5.5mg/m³。

9.根据权利要求8所述的方法，其特征在于：聚丙烯酰胺粉末加入量为1.6~3.2mg/m³。

10.根据权利要求1所述的方法，其特征在于：步骤（2）气体通过旋流过滤时流速为2.5~3.5m/s。

11.根据权利要求1所述的方法，其特征在于：步骤（3）所述的捕集吸附单元为捕集吸附反应器，内设玻璃纤维捕集介质和活性炭纤维吸附填料。

12.根据权利要求12所述的方法，其特征在于：玻璃纤维捕集介质和活性炭纤维吸附填料两者填料层的高度为5:1~10:1，滤速为0.1~0.5m/s。