專利名稱：變頻變壓吸附凈化回收啤酒發酵產生的二氧化碳的方法
技術領域：
本發明涉及啤酒發酵工藝中產生的二氧化碳的凈化及綜合利用、尤其是一種變頻變壓吸附凈化回收啤酒發酵產生的二氧化碳的方法。
背景技術：
隨著以煤和石油為代表的化石燃料的大量使用，導致二氧化碳排放量的急劇增力口，打破了大氣圈和生物圈原有的平衡，帶來了溫室效應等一系列與人類生存息息相關的問題，嚴重威脅著人類的生存。據有關資料統計，二氧化碳的排放量以每年3%的速度持續增長。按照這一速度，地球的二氧化碳總排量將在20年內超過I萬億噸。據估計中國每年向大氣排放二氧化碳超過110億噸，約占全球總量的13.6% ;且由于回收二氧化碳的措施不力，每年回收再利用的二氧化碳量不足排放量的I. 2%。2009年12月在哥本哈根召開的氣候大會上，溫家寶向全世界承諾將履行其減緩二氧化碳排放量的義務。中國計劃到2020 年時二氧化碳排放量削減至2005年時的60%至55%的減排目標。二氧化碳是一種非常寶貴的碳資源，可以被廣泛用于油井注壓采油、生產碳酸型飲料、焊接、消防、超市食品保鮮等多種領域，其利用率逐年上升。當今，世界各國十分重視開發相應的二氧化碳捕集、回收以及再利用技術的研發，以實現應用領域的實質性拓展，使二氧化碳循環利用，造福于人類。自2002年至今，中國啤酒產量一直居世界首位，目前年產量超過4000萬噸，啤酒工業產生的二氧化碳量超過2500萬噸。目前，啤酒廠二氧化碳的回收多采用低壓回收系統，即采集的CO2氣體經過壓縮機升壓后，送入水洗滌塔除去可溶性有機物，以活性炭吸附去除不溶性有機物，然后，CO2經二級壓縮機壓縮、冷卻器冷卻脫水、經干燥塔干燥、再經氨壓縮機壓縮、冷凝器冷卻液化后貯存于保溫高壓貯罐中備用。需要注意的是為了減少回收CO2對啤酒品質的影響，要盡可能的降低CO2中的含氧量，包括提高發酵罐排氣中CO2的濃度，在洗滌塔安置排氧水裝置，在CO2液化器與CO2儲罐之間安裝脫氧器等。啤酒發酵工藝中產生的二氧化碳，在經過去除有機物、冷卻脫水、干燥以及再壓縮、冷卻和分離不可壓縮冷卻的雜質氣體后，得到的二氧化碳液體，二氧化碳純度可達99. 99%以上。但這種低壓回收二氧化碳的系統存在能耗高、系統操作復雜的問題，需要盡快解決。
發明內容
本發明要解決的技術問題是提供一種工藝過程簡單、生產穩定、能耗低，通過對壓力和流量的高精度控制實現變頻變壓吸附凈化回收啤酒發酵中產生的二氧化碳的方法。本發明以如下技術方案解決上述技術問題本發明的工藝步驟如下I.啤酒發酵工藝中產生的二氧化碳氣體夾帶著高級醇、酒精、DMS及二氧化硫等有異雜味的物質，經除沫器除去夾帶的泡沫和固體雜質；
2.經除沫器所得二氧化碳再經過水洗塔，除去部分可溶性有機物；3.從水洗塔出來的二氧化碳經復合分子篩精脫系統，脫除所余可溶、不可溶性雜質和水；復合分子篩精脫系統的組合分子篩是以活性炭與3A沸石為主的復合干燥吸附劑；吸附劑的成分及質量比為活性炭35%-45%、3A分子篩35%-40%和13X分子篩15%_30% ;精脫后的二氧化碳濃度99. 93%-99. 95%,含水率2mg/kg-4mg/kg ；4.精脫后的二氧化碳經變頻壓縮機壓縮至O. 60MPa-l. OOMPa后進入儲氣罐；5.由儲氣罐出來的二氧化碳勻速進入變壓吸附系統凈化提純；由啤酒發酵工藝產生的二氧化碳進除沫器的壓力是0. 020MPa-0. 022MPa，濃度是99.75%-99. 80% ；由變壓吸附系統輸出的二氧化碳濃度為99. 987%-99. 997%。
本發明利用變頻技術，通過調節壓縮機的電機功率調整壓縮機的流量、壓力、轉速和功率等參數，使之與回收系統中二氧化碳壓力和流量參數相匹配，確保壓縮機在系統中的二氧化碳壓力和流量較低情況下，具有良好的運行工況，提高能源的利用效率；同時采用復合分子篩精脫系統脫除所有可溶、不可溶性雜質和水，達到系統簡化、節能的目的，從而獲得高純度的二氧化碳。且工藝過程簡單，能耗低，實現壓力和流量的高精度控制，使沼氣生產保持穩定，實現了節能減排，有良好的經濟效益和社會效益。
圖I是變頻變壓吸附凈化回收啤酒發酵中產生的二氧化碳的方法流程圖。圖中I 一除沫器2—水洗塔 3—精脫系統4 一壓力、流量傳感器5—變頻壓縮機6—緩沖罐7—變壓吸附系統
具體實施例方式本發明主要針對目前糖啤酒廠采用的低壓回收系統回收二氧化碳中存在能耗高、系統操作復雜、且二氧化碳含量和產量變化波動的特點和問題，發明一種高效節能的變頻變壓吸附分離凈化富集、回收啤酒發酵工藝中產生的二氧化碳的方法，使啤酒廠副產品二氧化碳濃度達到99. 99%以上供本廠使用或外銷。本發明的技術方案流程是啤酒發酵工藝中產生的二氧化碳氣體，經除沫器I除去夾帶的泡沫和固體雜質后，經過水洗塔2除去部分可溶性有機物，經復合分子篩精脫系統3脫除所有可溶、不可溶性雜質和水，再經過壓力、流量傳感器4控制的變頻壓縮機5的壓縮后，進入緩沖罐6。在壓縮過程中，傳感器將把從精脫系統出來的二氧化碳氣體的壓力和流量的相關參數傳輸給壓縮機的變頻器，變頻器通過調節壓縮機的電機功率調整壓縮機的流量、壓力、轉速和功率等相關參數，使之與二氧化碳氣體壓力和流量相匹配，從而確保壓縮機組始終運行在效率的最佳工作范圍內，提高能源的利用效率，達到節能的目的；同時使后續的變壓吸附系統在基本穩定的工況下正常工作。當二氧化碳壓力達到設計要求后，緩沖罐中的二氧化碳勻速地從變壓吸附系統的吸附塔底部進入變壓吸附系統7，進行變壓吸附分離、凈化二氧化碳，實現節能、高效、安全、低碳，穩定制取所需的二氧化碳。
變頻器可以是高性能矢量控制變頻器、電壓型變頻器、脈寬調制(PWM)變頻器、U/f控制變頻器或轉差頻率控制變頻器。以下結合附圖和實施例對本發明進一步說明實施例I :原料為從發酵罐排出來的含二氧化碳99. 75%、酒精O. 20%、少量有機酸、脂類、醛類和水蒸汽等、壓力為O. 020MPa的發酵 混合氣500Nm3/h ;通過除沫器I除去夾帶的泡沫固體雜質，經過水洗塔2，除去部分可溶性有機物，再經復合分子篩精脫系統3，脫除所余可溶、不可溶性雜質和水，精脫后的二氧化碳濃度99. 930%，含水率2. Omg/kg，再經過傳感器4控制的變頻壓縮機5的壓縮，經壓縮機壓縮后的二氧化碳的壓力0. 60MPa，進入緩沖罐6，然后，勻速地從變壓吸附系統的吸附塔底部進入變壓吸附系統7，進行變壓吸附凈化啤酒發酵工藝中產生的二氧化碳，得到二氧化碳的純度為99. 990%。實施例2 從發酵罐排出來含二氧化碳為99. 78%，酒精含量O. 15 %，和少量的有機酸、脂類、醛類和水蒸汽等的發酵混合氣，處理量為800Nm3/h、壓力為O. 021MPa 二氧化碳；通過氣除沫器I除去夾帶的泡沫固體雜質，經過水洗塔2，除去部分可溶性有機物，再經復合分子篩精脫系統3，脫除所余可溶、不可溶性雜質和水，精脫后的二氧化碳濃度99. 945%，含水率2. 8mg/kg,再經過傳感器4控制的變頻壓縮機5的壓縮，經壓縮機壓縮后的二氧化碳的壓力0. 86MPa，進入緩沖罐6，然后，勻速地從變壓吸附系統的吸附塔底部進入變壓吸附系統7，進行變壓吸附凈化啤酒發酵工藝中產生的二氧化碳，得到二氧化碳的純度為99. 993%。實施例3 如圖I所示，將從發酵罐排出來含二氧化碳為99. 78%，酒精含量O. 13%，少量的有機酸、脂類、醛類和水蒸汽等的發酵混合氣，處理量為1000Nm3/h、壓力為O. 022MPa的二氧化碳；通過除沫器I除去夾帶的泡沫固體雜質，經過水洗塔2，除去部分可溶性有機物，再經復合分子篩精脫系統3，脫除所余可溶、不可溶性雜質和水，精脫后的二氧化碳濃度99. 950%，含水率4mg/kg再經過傳感器4控制的變頻壓縮機5的壓縮，經壓縮機壓縮后的二氧化碳的壓力1. OOMPa，進入緩沖罐6，然后，勻速地從變壓吸附系統的吸附塔底部進入變壓吸附系統7，進行變壓吸附凈化啤酒發酵工藝中產生的二氧化碳，得到二氧化碳的純度為 99. 997%。
權利要求
1.一種變頻變壓吸附凈化回收啤酒發酵中產生的二氧化碳的方法，其特征是本發明的工藝步驟如下 (O啤酒發酵工藝中產生的二氧化碳氣體夾帶著高級醇、酒精、DMS及二氧化硫等有異雜味的物質，經除沫器除去夾帶的泡沫和固體雜質； (2)經除沫器所得二氧化碳再經過水洗塔，除去部分可溶性有機物； (3)從水洗塔出來的二氧化碳經復合分子篩精脫系統，脫除所余可溶、不可溶性雜質和水；復合分子篩精脫系統的組合分子篩是以活性炭與3A沸石為主的復合干燥吸附劑；吸附劑的成分及質量比為活性炭35%-45%、3A分子篩35%-40%和13X分子篩15%_30% ;精脫后的二氧化碳濃度為99. 93%-99. 95%,含水率2mg/kg-4mg/kg ； (4)精脫后的二氧化碳經變頻壓縮機壓縮至O.60MPa-l. OOMPa后進入儲氣罐； (5)由儲氣罐出來的二氧化碳勻速進入變壓吸附系統凈化提純。
2.如權利要求I所述的變頻變壓吸附凈化回收啤酒發酵中產生的二氧化碳的方法，其特征是由啤酒發酵工藝產生的二氧化碳進除沫器的壓力是0. 020MPa-0. 022MPa，濃度是99.75%-99. 80%ο
3.如權利要求I所述的變頻變壓吸附凈化回收啤酒發酵中產生的二氧化碳的方法，其特征是由變壓吸附系統輸出的二氧化碳濃度為99. 987%-99. 997%。
全文摘要
一種變頻變壓吸附凈化回收啤酒發酵中產生的二氧化碳的方法，將啤酒發酵工藝中產生的二氧化碳氣體經除沫器除去夾帶的泡沫和固體雜質，再經過水洗塔除去部分可溶性有機物后，經復合分子篩精脫系統，脫除所余可溶、不可溶性雜質和水；精脫后的二氧化碳經變頻壓縮機壓縮后進入儲氣罐；最后勻速進入變壓吸附系統凈化提純。本發明利用變頻技術，確保壓縮機具有良好的運行工況，提高能源的利用效率；同時采用復合分子篩精脫所有可溶、不可溶性雜質和水，獲得高純度的二氧化碳。且工藝過程簡化，節能，實現壓力和流量的高精度控制，沼氣生產保持穩定，有良好的應用前景。
文檔編號B01D53/053GK102872678SQ201210357780
公開日2013年1月16日 申請日期2012年9月24日 優先權日2012年9月24日
發明者盧朝霞, 黃福川, 莫宇飛, 梁景, 唐彩珍, 藍明新, 李宏君, 肖友程, 李勝, 田宗義, 唐興中, 粟滿榮, 趙鐘興, 唐丹葵 申請人:廣西大學