[发明专利]一种工业尾气能源化系统

说明书

技术领域：

本发明属于废气处理和清洁能源开发领域，主要涉及工业尾气的能源化利用的系统。

背景技术：

工业工厂每年向大气排放大量的碳氧化合物不仅浪费能源而且给环境也带来巨大的压力。其中以合成氨工业，石油炼制工业，钢铁厂，木浆造纸工业等能量密集型行业排放碳氧化合物的问题尤为突出。这些行业排放的碳氧化合物给环境造成沉重负担。

微藻是一类能快速利用CO₂，并同时产生油脂的生物，它被广泛的用于生产生物柴油。除了微藻本身脂类成分，它还有丰富的糖类可供利用，因而微藻是一种极其适合能源化CO₂的生物。

合成气发酵菌株是一类能在严格厌氧环境下能同时利用CO、CO₂/H₂和糖类发酵产乙醇微生物，然而，在常温常压下，其对气态碳源的利用效率相对较低。这类微生物包括Clostridium thermoaceticum，Clostridium autoethanogenum，Peptostreptoccus productus，Eubacteriam limosum，Butyribacterium methylotrophicum，Clostridium ljungdahlii和Clostridium carboxidivorans等。合成气发酵菌株的生长和乙醇发酵需要不同的培养环境。该类微生物在有利的生长的环境中菌株的主要代谢产物是酸类，而在不利的生长条件下菌株的主要产物为醇类。

该类微生物化学计量式如下：

6CO+3H₂O→CH₃CH₂OH+4CO₂    ΔH＝-217.9kJ/mol

2CO₂+6H₂→CH₃CH₂OH+3H₂O    ΔH＝-97.3kJ/mol

4CO+2H₂O→CH₃COOH+2CO₂    ΔH＝-154.9kJ/mol

2CO₂+4H₂→CH₃COOH+2H₂O    ΔH＝-75.3kJ/mol

由上可知，合成气发酵菌株虽然有利用尾气中CO的独特能力，但其效率较低，且在缺乏还原力的条件下，将有部分CO₂产生。而引入微藻的培养可以改善这些不足，微藻的存在一是可以更有效的利用CO₂二是微藻的含糖部分可用于促进合成气发酵菌株的生长。因此，合成气发酵菌株和微藻耦合可有效处理工厂尾气中的碳氧化合物。

工厂尾气不连续供给是尾气微生物处理的另一个难题，尾气处理需要通过特定装置组合以适应断续的尾气环境。

发明内容：

本发明的目的是提供一种能缓解工业尾气排放对环境的污染，充分的利用尾气中的碳氧化合物获得乙醇和柴油两类清洁能源和少量乙酸副产品的工业尾气能源化系统。

本发明的工业尾气能源化系统，包括CO₂吸收装置，CO₂吸收装置分别与N₂分离装置、CO₂分离装置和第一除氧柱连接，第一除氧柱还分别与合成气发酵菌株生长罐和合成气发酵菌株发酵罐相连，CO₂分离装置与微藻培养装置、微藻及微藻培养液分离装置、微藻分离装置、微藻提取柴油反应器和柴油输出管道依次连接，微藻培养装置和微藻及微藻培养液分离装置之间还连有微藻培养液返回管道，微藻分离装置与第二除氧柱、合成气发酵菌株生长罐、乙酸分离装置、合成气发酵菌株发酵罐、乙醇分离装置和乙醇输出管道依次连接，乙酸分离装置与合成气发酵菌株生长罐之间还连有合成气发酵菌株培养液返回管道，合成气发酵菌株发酵罐与乙醇分离装置之间还连有菌体、培养液返回管道，乙酸分离装置的乙酸输出端口分别与乙酸输出管道和经乙酸返回管与微藻培养装置相连，合成气发酵菌株发酵罐还通过CO+CO₂返回管道与CO₂吸收装置相连。

所述的N₂分离装置是将工业尾气中N₂的从尾气中分离出来，可以通过分子筛、低温分馏等工艺分离N₂，这属于本领域的公知常识。