一种纤维乙醇蒸爆废气的处理方法
【技术领域】
[0001]本发明属于废气处理领域，具体涉及一种纤维乙醇蒸爆废气的处理方法。
【背景技术】
[0002]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、农作物秸杆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。
[0003]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。
[0004]蒸爆废气是纤维乙醇生产过程中产生的主要废气污染源，由于在蒸爆预过程中投加了一定量的稀硫酸，蒸爆废气中含有大量的硫酸雾，具有强烈的腐蚀性。此外，稀硫酸在高温高压条件下会与秸杆物料发生一系列化学反应生成含硫恶臭气体以及一些有机气态污染物。因此，蒸爆废气必须经过处理达标后方可排放。
[0005]CN103045656A提出一种气爆秸杆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。该方法是先将废气中的部分污染物转移至废水中，其不凝气再进行吸附处理，但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，并且吸附剂的容量有限且再生困难，因此，这种方法不适合蒸爆废气的处理。鉴于纤维乙醇蒸爆废气组成的复杂性，目前对此类废气还没有稳定可靠的处理方法。
【发明内容】
[0006]针对处理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，既可以回收废气中的硫酸雾，又可以使处理后的废气稳定达标排放。
[0007]本发明一种纤维乙醇蒸爆废气的处理方法，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纤维乙醇蒸爆废气中的有机污染物；
(2)换热单元，降低气体温度至50°C以下；
(3)旋流过滤捕集单元，利用旋流过滤和纤维层过滤捕集介质除去气体中的硫酸雾；
(4)吸附单元，吸附残余的烃类物质。
[0008]本发明方法，步骤(I)中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。
[0009]本发明方法中，步骤(I)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0)2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0~150 KV，冲击电流幅值为5~20 KA，脉冲前沿为100-300 ns，自动脉冲放电频率为5~10 Hz ;优选高压脉冲电源放电电压为20~120 KV，冲击电流幅值为8~16KA，脉冲前沿为120~280 ns,自动脉冲放电频率为6~9 Hz ;进一步优选高压脉冲电源放电电压为50~100 KV，冲击电流幅值为10~15KA，脉冲前沿为150~250 ns,自动脉冲放电频率为7~8 Hz0
[0010]本发明方法中，步骤(2)所述的换热单元为工业上常用的防腐性强、导热性好的板式石墨换热器。换热介质为常温水，气体温度由100~120°C换热至50°C以下，高效回收了废气的水蒸气潜热和50~70°C温差显热，部分气体氧化产物随温度的降低冷凝形成废水进入污水处理系统。
[0011 ] 本发明方法中，步骤(3 )所述的旋流过滤捕集单元包括旋流过滤和捕集两个部分，其中旋流过滤入口处加入聚丙烯酰胺粉末，加入量为0.1-10 mg/m3，优选为0.25-3.5 mg/m3 (每立方米的废气中含有的聚丙烯酰胺粉末的质量)，进一步优选为0.5-2 mg/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。捕集器内设置玻璃纤维介质，可回收粒径0.01~0.1的μm的硫酸雾。废气经旋流过滤捕集处理后，不含有液体和雾状物质，捕集后收集的硫酸可重复利用。
[0012]本发明方法中，步骤(3)气体通过旋流过滤时流速为2.5-3.5 m/s，通过捕集介质的流速为0.5-1.5 m/s ο
[0013]本发明方法中，步骤(4)所述的吸附单元为两个并联的活性炭吸附柱，一备一用。粉末活性炭对各类挥发性气态污染物均有很好的吸附作用，可进一步降低蒸爆废气中污染物的浓度，吸附饱和的活性炭经臭氧或高温再生后可循环利用。
[0014]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C02、H2O和SO3，经换热冷凝后，废气中一部分气态污染物冷凝形成废水排入污水处理场。冷却至50°C的废气中仍含有大量的硫酸雾，经旋流过滤捕集装置回收硫酸雾后，气体中粒径0.01 μπι以上的酸雾去除率大于99.9 wt%，经活性炭进一步吸附处理后可稳定达标排放。本发明方法既可回收废气中的硫酸和热量，又可以实现蒸爆废气的稳定达标排放，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】
[0015]图1是本发明所述的工艺流程图。
[0016]其中:1、高压脉冲等离子单元，2、换热单元，3、旋流过滤捕集单元，4、吸附单元。
【具体实施方式】
[0017]以下结合附图对本发明方法的具体工艺过程进行说明。
[0018]图1是本发明所述的工艺流程图。纤维乙醇蒸爆废气由密闭收集管首先进入高压脉冲等离子单元1，在高压脉冲电源放电作用下，伴以臭氧氧化、紫外光辐射以及超声波等综合作用使气体得到较大程度的激发与解离，产生大量激发态原子和自由基，使气态有机物得以降解。高压脉冲等离子单元I处理后的气体进入换热单元2，在板式石墨换热器与连续流动的常温水进行换热，气体温度由100~120°C换热至50°C以下，管道排出冷凝下来的废水混入污水处理场进行处理。换热后的气体进入旋流过滤捕集单元3中的旋流过滤器，入口处投加聚丙烯酰胺粉末，在高速旋流的离心力和重力的作用下，气体中粒径大于0.1 ym的硫酸雾被甩向边壁汇集形成液体。旋流过滤后的气体进入捕集器，气体中的硫酸雾在玻璃纤维过滤捕集介质上聚结增大变为液体，通过重力流至纤维层过滤捕集介质的下方，由管道排出。处理后的气体由顶部排出进入两个并联吸附单元4中的一个，待吸附饱和后