專利名稱：從發(fā)酵過程中高壓回收二氧化碳的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種用于通過壓縮、吸收、冷凝及蒸餾來從源自發(fā)酵過程或灌瓶生產(chǎn)線(bottling line)的氣體流中回收二氧化碳的方法，其中方法是在高壓下進行的。使飲料比如釀造產(chǎn)物充入二氧化碳的優(yōu)選方式是通過現(xiàn)場凈化二氧化碳。因此，通常凈化源自發(fā)酵過程比如釀造廠中的二氧化碳流并返回到釀造廠中。因此，通過發(fā)酵過程產(chǎn)生的二氧化碳被再次用于釀造飲料中或在與發(fā)酵過程相同場所中生產(chǎn)的其它碳酸飲料中，被用作灌瓶車間的所謂覆蓋氣體，以防止夾帶空氣或以置換空氣。目前最常用的方法包括以下步驟消泡；在水洗滌器中洗滌；壓縮；通過碳過濾器過濾；脫水；使二氧化碳流再沸且蒸餾，以提供凈化的二氧化碳流。這種方法以令人滿意的收率和純度有效地凈化二氧化碳，但方法的幾個要素增加了整個回收方法的成本。首先，必須丟棄用于水洗滌器的水，而且必須經(jīng)常使碳過濾器和脫水劑再生，且最后必須向方法提供外部功率。方法中的大量的裝置操作需要用于維持整個系統(tǒng)內(nèi)的壓力的手段。通常，包含在系統(tǒng)中的裝置操作越多，壓降就越大，且因此用于維持整個系統(tǒng)內(nèi)的壓力的成本就越高。而且，常規(guī)的二氧化碳的最終液化需要大量的能量供應(yīng)。冷凝通常是通過氨氣冷卻的冷凝器來進行的。同時，產(chǎn)生的液體二氧化碳必須儲存在儲罐中，且必須在被用作覆蓋氣體或作為用于使飲料充入二氧化碳的二氧化碳之前再蒸發(fā)。在傳統(tǒng)的方法中，系統(tǒng)是在相應(yīng)于標準的二氧化碳儲罐的壓力的約16巴的壓力下進行的，其中液體二氧化碳在使用前被儲存在儲罐中。在本上下文中，在低壓下的操作是用于以食物級質(zhì)量來回收高純度的二氧化碳的領(lǐng)域中的常用方式，主要因為對于幾個原因比如得到的純度和安裝成本來說，這被認為是最經(jīng)濟的。然而，在低壓下的操作需要非常高程度的除水，因為水在系統(tǒng)中的存在將造成關(guān)于形成冰或氣體水合物的問題。此外，冷凝凈化的二氧化碳來提供液化的二氧化碳需要高的能量輸入。EP 0194795A2已經(jīng)解決了冷凝的問題，其中描述了回收方法，在方法中，來自釀造廠的不純的二氧化碳被加壓且被冷卻，產(chǎn)生基本上純的二氧化碳液體流和氣體雜質(zhì)的流(即不可凝氣體)。這之后，純二氧化碳液體流膨脹以提供液體純二氧化碳流和氣體純二氧化碳流，因此所提供的液體二氧化碳被用于液化起始壓縮步驟的氣體流。因此，這個方法提供以下解決方案其中，二氧化碳的冷卻和液化是通過基本上純的液體二氧化碳的膨脹和蒸發(fā)來實現(xiàn)的。因此，內(nèi)部的傳熱和/或冷卻能被用于供應(yīng)用于凈化步驟的能量。說明這個方法減少了特定的及整體的功率消耗及蒸發(fā)所需要的熱。然而，只有當液化的二氧化碳被充分利用且膨脹時，該方法才是完全經(jīng)濟的。因此，這個方法還需要用于冷凝二氧化碳的大的能量輸入。本發(fā)明是這樣的方法其中現(xiàn)有技術(shù)中的一個或多個前面的問題已經(jīng)得到解決。因此，在本發(fā)明的第一方面，提供用于從源自發(fā)酵過程的氣體二氧化碳流中回收二氧化碳的方法，方法包括以下步驟a)提供源自發(fā)酵過程的二氧化碳流；b)通過至少一個壓縮步驟壓縮所提供的流，提供壓縮氣體流；c)使壓縮氣體流經(jīng)歷吸收步驟，提供至少富二氧化碳的氣體流；d)在冷凝器中冷凝富二氧化碳的氣體流，提供至少冷凝物和凈化氣體(purge gas);及e)蒸懼冷凝物，以提供凈化的二氧化碳,其中步驟b)中得到的壓縮的二氧化碳流的壓力為至少30巴，溫度在其中基本上不存在二氧化碳的冷凝且所述壓力被保持到至少步驟d)的范圍之內(nèi)。關(guān)于本發(fā)明，現(xiàn)在發(fā)現(xiàn)，當壓力為至少30巴時，可以使用流體，比如用于灌瓶車間或發(fā)酵過程中的那些流體隨后使氣體冷凝，因此，在方法開始時所使用的能量在方法的后一階段(即在純二氧化碳的液化中)得到大大收回，純二氧化碳的液化通常是回收方法中最消耗能量的部分之一。本發(fā)明的方法具有幾個益處。當系統(tǒng)中的壓力高時，通常的水洗滌器被高壓水洗滌器或二氧化碳洗滌器替代。這將減少獲得期望的純度所需要的水的量和待清洗并丟棄的受污染的水的量。而且，吸收步驟后的冷凝不需要通常為冷凝15-20巴下存在的二氧化碳所需要的約_30°C的低溫。因此，根據(jù)本發(fā)明，冷凝液體(下文中的冷卻劑)的溫度可以為約(TC或剛好(TC以下，比如-10°C到10°C，優(yōu)選-8°C到-3°C，例如_5°C。由于與傳統(tǒng)的CO2裝置相比，冷卻劑的溫度可以是相對高的，因此發(fā)現(xiàn)可以使用例如通常用于釀造廠中用于冷卻發(fā)酵罐等的鹽水，且因此，冷卻劑在裝置中是容易得到的。鹽水優(yōu)選地為使水的凝固點降低的任意含水混合物。實例為二醇類和鹽的水溶液。在環(huán)境溫度低時，CO2通過空氣冷卻進行冷凝也是可選擇的。本發(fā)明的主要益處之一在于可以利用具有約-10°C到10°C的溫度的冷卻劑來使二氧化碳冷卻到-24°c以下，這極大地減少了用于所產(chǎn)生量的二氧化碳的特定能量消耗。本發(fā)明的另一個益處是可以進一步減少用于整個方法的水的量。通過那個特定雜質(zhì)的分壓來控制多種雜質(zhì)的水溶解度。如果溶液為理想溶液且各雜質(zhì)的濃度低，那么溶解度將與分壓成正比。因此，如果壓力加倍，則溶解度也加倍。因此，當水溶解度增加時，由于壓力增加，水含量可以成正比地減少，以得到相同的純度。在又一個實施方式中，液化的二氧化碳可以通過與較暖的冷卻劑接觸來再蒸發(fā)，較暖的冷卻劑例如取自釀造廠的鹽水。這種再蒸發(fā)的二氧化碳然后可以被用于例如灌瓶生產(chǎn)線中。由此，冷卻劑的溫度從例如_5°C降低到-8°C。在特別優(yōu)選的實施方式中，這種冷卻的鹽水可以被用作冷凝步驟中的冷卻劑，因此，冷卻劑的溫度通常將升高到鹽水的起始溫度，且又可以原樣用于釀造廠中。因此，關(guān)于冷凝和再蒸發(fā)的能量，系統(tǒng)是無作用的，解決了現(xiàn)有技術(shù)中的很多問題。壓縮所需要的能量可以通過插入幾個連續(xù)的壓縮步驟例如2個或3個來優(yōu)化。從兼具安裝和操作的角度，2個或3個壓縮步驟是目前優(yōu)選作為最經(jīng)濟的數(shù)目。最后，在將冷凝的且蒸餾的二氧化碳轉(zhuǎn)移到儲罐時，其中二氧化碳通常在低于冷凝壓力的壓力下，通常在工業(yè)中標準的約16巴的壓力下儲存，由于這種壓力差(如果從例如35巴減壓)，將形成20%的氣體二氧化碳。這種氣體二氧化碳可以被直接轉(zhuǎn)移到發(fā)酵廠、釀造廠和/或灌瓶車間，作為覆蓋氣體或被用于使飲料優(yōu)選啤酒充入二氧化碳的瓶或罐中。當形成的氣體二氧化碳被直接轉(zhuǎn)移到釀造廠時，將額外地減少整個方法的能量消耗，且在壓力從約35巴減少到16巴的特定實施方式中，減少額外的多達約10%的能量消耗?？梢蕴峁┯糜诳刂贫趸嫉姆绞?，用于保證過量的氣體二氧化碳在進入發(fā)酵廠、釀造廠和/或灌瓶車間之前具有所需要的純度。在另外的實施方式中，當被轉(zhuǎn)移到儲罐時，形成的氣體二氧化碳被返回到至少一個壓縮機中，且經(jīng)受另外的凈化步驟。可選擇地，過量的氣體經(jīng)過調(diào)整處理(conditioned)，且再蒸餾或冷凝然后轉(zhuǎn)移到儲罐中。在特定的實施方式中，這種冷凝用包含作為冷卻劑的乙二醇的鹽水或通過使用再蒸發(fā)液體二氧化碳的冷卻能來進行。吸收可以在高壓水洗滌器或二氧化碳洗滌器中進行。當使用高壓水洗滌器時，與在常用于工業(yè)內(nèi)的低壓即接近環(huán)境壓力下的水洗滌相比，顯著減少了待使用的水量。當壓力加倍時，水消耗量通常可以減半。此外，在例如過濾器及其再生中的隨后的脫水步驟將需要較少的用于再生的二氧化碳，通常大約從3%到小于I. 5%，且因此，整體收率增加。當吸收劑為水時，方法還優(yōu)選地包括用于除水的脫水步驟，水可以造成進一步的下游形成冰和氣體水合物的問題，下游比如在冷凝器或蒸餾塔系統(tǒng)中。在目前優(yōu)選的實施方式中，吸收步驟為二氧化碳洗滌器步驟。當使用二氧化碳洗滌器時，相對于水洗滌器的使用，二氧化碳的收率將增加，因為當水被用作吸收劑時，二氧化碳將被吸收在水中，導致二氧化碳的損失。此外，當二氧化碳洗滌器包括結(jié)合的脫水方式比如來自發(fā)酵過程的乙醇時，將在二氧化碳洗滌器步驟的期間除去水。因此，不需要干燥的過濾器，因為任何存在的水將在二氧化碳洗滌器中被除去。因此，還避免了過濾器的再生，導致較高的收率，過濾器的再生通常消耗約3%的二氧化碳流。使用二氧化碳洗滌器的另一個益處為，整個凈化所需要的部件較少，節(jié)約了安裝成本。整個方法中的較少部件也指壓降較不明顯，且因此需要較少的能量來維持系統(tǒng)中的壓力。在另一個優(yōu)選的實施方式中，至少一個壓縮機為潤滑的壓縮機比如油或水潤滑的壓縮機，更具體地為油潤滑螺桿式壓縮機。上述的壓縮機沒有那么昂貴，易于調(diào)整容量(capacity-wise)且適合方法的條件。而且，它們易于維護且非?？煽俊o油潤滑的活塞壓縮機為壓縮機的常規(guī)選擇。在預期用于消耗的二氧化碳中，潤滑流體比如油是極其不期望的，且在本領(lǐng)域中，不愿意用這些較便宜的、潤滑的壓縮機來取代常用的壓縮機。通過在至少一個壓縮步驟和吸收步驟之間插入過濾器可以解決問題。然而，產(chǎn)物的質(zhì)量將高度地依賴于過濾器的操作，這是用于除去將不可避免地與二氧化碳流混合的潤滑劑的唯一方式。然而，當吸收步驟為二氧化碳洗滌器步驟時，潤滑油被從中有效地除去，且過濾器的設(shè)置可以被省略或起到用于收集待返回到壓縮機中的潤滑劑的額外的預防措施和/或方式的作用。這將減少所使用的潤滑劑的量，且保證了產(chǎn)物的質(zhì)量。因此，在目前的優(yōu)選實施方式中，吸收劑為液體二氧化碳且至少一個壓縮機為潤滑的壓縮機。這將節(jié)約安裝成本及操作期間的成本，具有較高的收率，而不保損害純度。現(xiàn)已發(fā)現(xiàn)，本發(fā)明的方法的特定壓力實現(xiàn)了以下可以用通常在靠近二氧化碳流的來源處可得到的冷卻流體來有效地冷凝二氧化碳。通過這些發(fā)現(xiàn)，在過程的上游中增加壓力的另外的高費用在整個方法中被大大收回。因此，壓力部分地基于可從發(fā)酵過程中得到的冷卻劑的溫度和離開凈化步驟的貧污染物的二氧化碳流的組合物的溫度。發(fā)明人還觀察到，隨著待冷凝的流的純度的增加，在給定的壓力下，冷卻劑的溫度升高是充分的。在一個優(yōu)選的實施方式中，流體的溫度為_5°C，且壓力為至少35巴，這個組合將保證具有高純度的高收率。
在另外的實施方式中，來自儲罐的二氧化碳被再蒸發(fā)，以便用于釀造廠。再蒸發(fā)通過在用作冷凝步驟中的冷卻劑之前的冷卻劑或通過冷凝后的較暖的冷卻劑來進行。兩種選擇是能量不作用的。尤其，優(yōu)選的是其中冷卻劑在被用于冷凝步驟之前被使用的選擇，因為這將提供具有較低溫度的冷卻劑，較低的溫度允許較低的壓力和/或待冷凝的流的純凈度。
在另外的實施方式中，在冷凝步驟d)后，壓力降低，且步驟e)的蒸餾在降低了的壓力下進行。這個實施方式具有益處待用于冷凝二氧化碳所需要的冷卻劑較少。相反，可以使用空氣或水來在本方法中的上游冷卻流。優(yōu)選的是，發(fā)生蒸餾的降低了的壓力是用于儲存二氧化碳的工業(yè)標準，其通常為約15-18巴，優(yōu)選地16巴。
在又一實施方式中，方法還包括使在步驟d)中得到的氣體流經(jīng)受結(jié)合冷凝與再蒸發(fā)的步驟的步驟f)，其中再蒸發(fā)在低于步驟d)中得到的氣體流的壓力的壓力下進行，優(yōu)選工業(yè)中用于儲存二氧化碳所采用的標準壓力，比如約15-18巴，優(yōu)選約16巴。在這個實施方式中，以其它方式被排出的凈化氣體的體積顯著減少。因此，二氧化碳的總收率增加。 通常通過插入閥來釋放壓力。
在第一方面的方面或?qū)嵤┓绞街?，提供用于再蒸發(fā)例如通過前述方法得到的液體二氧化碳以提供用于需要氣體二氧化碳的生產(chǎn)中的氣體二氧化碳流的方法，該方法包括以下步驟a)提供例如來自選自儲罐、來自蒸餾裝置的蒸餾的二氧化碳或來自冷凝裝置的冷凝的二氧化碳的液體二氧化碳；b)在熱交換裝置中使液體二氧化碳蒸發(fā)以提供熱氣體二氧化碳流；c)使熱氣體二氧化碳流膨脹以提供膨脹的熱氣體二氧化碳流；及(1)加熱膨脹的熱氣體二氧化碳流以提供用于需要氣體二氧化碳的生產(chǎn)中的氣體二氧化碳流。這種方法是用于任何合適目的的再蒸發(fā)液體二氧化碳的節(jié)約功率的方式。
將通過下文所描述的詳細實施方式，進一步闡述效果和益處。這些是闡述性的，且本發(fā)明應(yīng)不僅限于這些。
附圖
描述
圖I是根據(jù)本發(fā)明的方法的實施方式的詳細概述。
圖2是根據(jù)本發(fā)明的方法的實施方式的詳細概述。
圖3是圖I和圖2的實施方式的簡化的示意性概述。
圖4是根據(jù)本發(fā)明的方法的局部視圖，其中在高壓下進行蒸餾。
圖5是根據(jù)本發(fā)明的方法的局部視圖，其中在工業(yè)標準壓力下進行蒸餾。
圖6是用于再蒸發(fā)液體二氧化碳的特定實施方式。
發(fā)明詳述
基于闡述的目的，將在本發(fā)明的詳細描述和附圖中所提及的部件和流總結(jié)在下面。
泡沫收集器AO ;第一壓縮機Al_l、第二壓縮機Al_2和第三壓縮機Al_3 ;分尚器 A2 ;凈化裝置/吸收器A3 ;冷凝器A4 ;蒸餾裝置A5 ;分離器A6 ;儲罐A7 ;再沸器AS ;過濾器A9 ;二氧化碳洗滌再沸器AlO和A10_l ;過冷器All ;第二過冷器All_l ;第二再沸器A12 ;第二冷凝器A13 ;_A14 ;第一熱交換裝置A15 ;膨脹器A16 ;第二熱交換裝置A17，及熱交換裝置 A18。
顯示在圖中且在下文描述的流是如下；
發(fā)酵氣體101 ;消泡的氣體流102 ;第一壓縮氣體流103、第二壓縮氣體流104和第三壓縮氣體流106 ;壓縮的再沸氣體107 ;富二氧化碳/貧污染物的氣體流108 ;過濾的流109 ;凈化氣體110 ;吸收劑流111 ;冷凝物111_1 ;冷凝的過冷流111_2 ;冷的過冷高壓 111_3 ;減壓流111_4 ;凈化的二氧化碳111_5 ;較冷的流(cooler stream) 111_5_1 ;產(chǎn)物流 111_5_2 ;再蒸發(fā)的流111_6 ;來自蒸餾塔的液體二氧化碳/液化的二氧化碳112 ;液化的二氧化碳流的一部分112_1 ;蒸發(fā)的二氧化碳112_2 ;閃蒸氣體113 ;減壓液體114 ;儲存的產(chǎn)物流116 ;熱產(chǎn)物流117 ;最后的凈化流(final purgestream) 118 ;膨脹的產(chǎn)物流119 ;氣體二氧化碳流120 ;冷凝的雜質(zhì)203 ;富廢污染物的流204 ;富廢污染物的流206 ;再沸的氣體流207 ;洗滌器液體二氧化碳流208 ;冷卻劑301、401 ;暖的冷卻劑302、501 ;及冷卻的冷卻劑 402。
另外的流出現(xiàn)在圖I中。技術(shù)人員將容易地知道這些流的性質(zhì)且不需要進一步詳述。
現(xiàn)在參考圖I和圖3，將更詳細地描述本發(fā)明。
方法中的起始氣體是發(fā)酵氣體101，發(fā)酵氣體101在被進一步處理之前可以在泡沫收集器AO中被消泡。消泡是任選的，且必要性取決于進入氣體的性質(zhì)，例如發(fā)酵罐的操作。使消泡的氣體流102經(jīng)歷第一壓縮機Al_l中的第一壓縮步驟。壓縮步驟的數(shù)目可以為I及I以上的任意數(shù)值。操作成本隨壓縮機的數(shù)目而減少；然而，這應(yīng)與獲得壓縮機的成本相平衡。在這個上下文中，最經(jīng)濟的數(shù)目是3個，如在圖I和圖3中所示例的。壓縮步驟分別提供壓縮氣體流103、104和106。在壓縮機之間，流可以經(jīng)歷適當?shù)臒峤粨Q。
在所示的實施方式中，分離器A2被插入在第三壓縮機Al_3之前。這起到從二氧化碳氣體中除去主要為水的冷凝的雜質(zhì)203的作用。通常，分離器可以被插入在任意的壓縮步驟之間，確定哪里將需要分離器在本領(lǐng)域的技術(shù)之內(nèi)。在所示的實施方式中，在進入凈化蒸餾塔A3之前，壓縮氣體106被按路徑送到再沸器AS中。參考圖I，熱氣體流106然后被用于使來自蒸餾塔A5的液化的二氧化碳流112_1的一部分蒸發(fā)，以得到蒸發(fā)的二氧化碳 112_2，從而促進蒸餾過程。也可以使用其它能量來源。
如前所述的，由于方法和儲罐之間的壓力差，約15-30%的液體二氧化碳將在某一時刻形成閃蒸氣體。這種閃蒸氣體可以被用于蒸餾塔中，而不是通過例如再沸器AS所生成的氣體。
所使用的至少一個壓縮機Al_l等可以是任意合適的壓縮機。優(yōu)選的是，至少一個壓縮機被潤滑，更具體是油潤滑螺桿式壓縮機，因為這將節(jié)約資金和操作成本。當這樣的壓縮機被使用時，優(yōu)選的是，在吸收步驟之前，尤其當用于吸收步驟c)中的吸收劑為水時，使用過濾器(未顯示)。如圖I的實施方式中所示的，當二氧化碳是吸收劑111時，將除去殘油，且過濾器的存在將作為額外的預防措施，以及作為用于回收油且使油再循環(huán)到壓縮機的方式。
壓縮的再沸氣體107進入吸收塔A3，優(yōu)選地在其底部部分。所示的凈化塔為二氧化碳洗滌器，所述洗滌器還被公開在通過引用并入本文的同時待審的專利申請 W02009/127217和PCT/DK2010/050146中。因此，在所示的實施方式中，吸收塔系統(tǒng)包括洗滌器A3和任選的CO2洗滌再沸器AlO。通過使洗滌器液體二氧化碳流208和206再次沸騰， 再沸器AlO起到使富廢污染物的流204最少的作用，以提供在塔中被再次凈化的再沸的氣體流207。
凈化塔中的吸收劑為液體二氧化碳，優(yōu)選地取自方法的進一步的下游。在闡述的實施方式中，吸收劑為在減壓之前的最后蒸餾后取得的流111。
還設(shè)想可以根據(jù)PCT/DK2010/0501746所提供的解決方案改進二氧化碳洗滌器， 其中，在凈化塔中凈化壓縮的進料流而提供至少富污染物的液體流和貧污染物的氣體流， 且使富污染物的液體流再沸騰而提供氣體流且將氣體流供給到凈化塔。在富污染物的液體流和貧污染物的氣體流進入再沸器之前在這些流之間提供壓力差，使得PP貧更具體地，這是通過以下來得到的使壓縮流在塔中經(jīng)歷a)吸收步驟而提供離開塔的頂部部分的貧污染物的氣體流和任選地離開塔的底部部分的富污染物的液體流，且其中離開塔的頂部部分的貧污染物的氣體流另外經(jīng)受選自以下的步驟
I bl)壓縮貧污染物的氣體流，提供了壓縮氣體流；cl)在再沸器中冷卻壓縮氣體，提供了氣體流以及待冷凝和蒸餾的至少一種產(chǎn)物流；及(11)在塔的底部部分將氣體流供給到凈化塔中；且
2 b2)在再沸器中冷卻貧污染物的氣體流，提供了氣體流及待進一步冷凝和蒸餾的至少一種產(chǎn)物流 '及c2)壓縮氣體流，提供了冷卻的壓縮氣體流；d2)在塔的底部部分將冷卻的壓縮氣體流供給到塔中；及使離開塔的底部部分的富污染物的液體流在進入再沸器之前減壓。在特定的實施方式中，減壓是通過閥來實現(xiàn)的。
如果需要，二氧化碳洗滌器可以包括結(jié)合的水抑制劑或清除劑。當起始氣體源自發(fā)酵過程時，氣體將很可能包含乙醇，其可以起到水抑制劑的作用。
當流包含很多污染物時，為了使富廢污染物的流204最少，根據(jù)PCT/ DK2010/0501746的這種改進是特別優(yōu)選的。這保證了高的純度及高的收率。
吸收步驟后，在過濾器A9中過濾富二氧化碳的/貧污染物的氣體流108，過濾器可以為機械過濾器、活性炭過濾器或其它類型的吸附劑，在合適的情況下，除去例如微量的 H2S0過濾器是任選的。
在冷凝器A4中冷凝過濾的流109。冷凝器可以被結(jié)合在蒸餾塔A5中，如圖I所示例的。還設(shè)想裝置是獨立的，如圖2、圖3和圖5所闡述的。通過冷卻劑301來進行冷凝，提供較暖的冷卻劑302。冷卻劑是具有足以在預期的高壓力下冷凝二氧化碳的冷卻效果的任何流體。特別優(yōu)選的是存在于釀造廠或灌瓶車間的冷卻劑，例如用于例如冷卻發(fā)酵罐的通常具有在_5°C和+5°C之間的溫度，比如_2°C或_3°C的鹽水。因此，冷凝是在沒有任何外部能源供應(yīng)的情況下或在廠中沒有添加另外的裝置的情況下實現(xiàn)的。在特別優(yōu)選的實施方式中(未顯示)，液化的二氧化碳取自儲罐A7且用進入的冷卻劑301被再蒸發(fā)。在這個實施方式中，液化的二氧化碳優(yōu)選地取自儲罐，且在進入冷凝器A4之前，通過蒸發(fā)二氧化碳，將冷卻劑冷卻到較低的溫度。在離開冷凝器A4之后，較暖的冷卻劑302的溫度能夠被恢復到如起始供應(yīng)的溫度。因此，冷凝過程完全是能量不作用的，這在經(jīng)濟上極大地超過了現(xiàn)有技術(shù)。
冷凝后，冷凝物Illj被蒸餾，以進一步凈化二氧化碳，其提供液化的二氧化碳流 112，設(shè)想氣體二氧化碳產(chǎn)生自蒸餾裝置，至即如將出現(xiàn)在圖I-圖3中的冷凝裝置。當液體二氧化碳被用作吸收步驟中的吸收劑時，液化的二氧化碳流112的一部分可以被當做吸收劑 111。
在圖2中，顯示了根據(jù)本發(fā)明的方法的另一個實施方式。圖I和圖3的參考標記也適用于圖2。在圖5中詳細說明了圖2的實施方式中的下游過程。因此，參考圖I、圖3 兩者及圖5。C02洗滌再沸器A10_l的變體顯示在圖2中。在這個實施方式中，C02洗滌再沸器A10_l被連接到進入吸收塔A3之前離開最后的壓縮裝置的流。
在圖4所示的實施方式中，圖4是圖I所示的實施方式的下游過程的詳細視圖，使液化的二氧化碳流112減壓，由此產(chǎn)生一定量的閃蒸氣體。在液化之前，流通過過冷器All 和All_l被任選地過冷一次或兩次(未顯示)，過冷器可以通過鹽水或二氧化碳或兩者來驅(qū)動，對于被冷卻的特定的流來說，任何一個都是合適的。閃蒸氣體的比例取決于壓力差。 在其中壓力從35巴減少到16巴的特定的實施方式中，16巴是用于二氧化碳儲罐的工業(yè)標準，閃蒸氣體的量為整個流的20%。液體和氣體在分離器A6中分離，提供用于存儲在儲罐 A7中的減壓液體114。分離器A6例如閃蒸塔也提供閃蒸氣體113。在所示的實施方式中， 這種閃蒸氣體113被返回到最后的壓縮步驟之前的位置，用于再次凈化?？蛇x擇地，另外的壓縮機可以存在于分離器A6和冷凝器A4之間，因此閃蒸氣體113可以被再次冷凝且蒸餾。
在圖5所示的實施方式中，在蒸餾之前，使冷凝物111_1減壓。在所示的實施方式中，冷凝物111_1可以具有47巴的壓力。在優(yōu)選的實施方式中，冷凝物111_1可以通過過冷器All_l。添加過冷器的目的是使循環(huán)到壓縮和凈化步驟的閃蒸氣體113的量最少。因此，過冷減少了整體的能量消耗。出于技術(shù)原因，為保護裝置也可以添加過冷，比如如果水存在于圖I的壓縮氣體流104中時，避免凍結(jié)。
在任選的過冷之后，冷凝的過冷流111_2通過第二再沸器A12，提供冷的過冷高壓流111_3。然后，降低流111_3的壓力，例如從47巴減少到16巴，以使流111_4減壓，因此使大量的流蒸發(fā)且提供閃蒸氣體，閃蒸氣體可用于蒸餾塔A5中的蒸餾步驟e)中。
在飽和的流(即+12°C)中，當壓力降低時，約30%的進入流將蒸發(fā)形成閃蒸氣體。當冷凝的過冷流111_2被過冷到+1°C時，部分將為約20 %，如果進一步過冷到-11°C， 部分將為約12%。
在這個設(shè)置中，壓力降低導致形成閃蒸氣體，閃蒸氣體可以被用于最后的蒸餾步驟(步驟e)中。
首先，冷凝的過冷流111_2進入再沸器A12。在所示的實施方式中，這種冷凝的過冷流111_2比處于較低壓力下的進入的較冷的流111_5_1暖，通常液體二氧化碳取自蒸餾塔A5的底部部分。冷凝的過冷流111_2的熱被轉(zhuǎn)移到較冷的流111_5_1，以提供再次進入蒸餾塔的再蒸發(fā)的流111_6。然后，現(xiàn)在較冷的過冷高壓流111_3經(jīng)歷壓力降低，因此提供甚至更冷的混合相減壓流111_4。減壓流111_4進入蒸餾塔A5，其中通過逆流再蒸發(fā)的氣體流111_6凈化液體部分而提供凈化的液體二氧化碳111_5。凈化的液體二氧化碳111_5 被分成兩個部分(較冷的流)和111_5_2(產(chǎn)物)，其中111_5_1被供給到再沸器 A12且111_5_2為產(chǎn)物。
因此，蒸餾步驟是能量無作用的，因為不需要外部供應(yīng)的熱或低溫。
與圖4所示的實施方式相比，不需要將源自如圖3(及圖I和圖2)所示的過程的上游的熱供應(yīng)到再沸器AS中。
相反，在圖5所示的實施方式中，其可以是有益的在最后的壓縮機Al_3后的位置處，通過熱交換器A18包括額外的熱交換步驟，以提取來自系統(tǒng)的熱。在液化二氧化碳的冷凝器A4中，這將使方法的進一步的下游中所使用的鹽水的量最少。
通過使用冷卻水或空氣的熱交換器來實現(xiàn)這種熱提取。當在壓縮步驟b)之后插入熱交換器時，這個實施方式使用了比圖I的實施方式少的功率，因為流106通過例如空氣或非鹽水的冷卻水來冷卻。
在另外的優(yōu)選實施方式(顯示在圖4和圖5兩者中)中，結(jié)合再蒸發(fā)步驟的第二熱交換步驟被插入在冷凝步驟d)之后。這個實施方式分別在圖4和圖5的高壓和低壓蒸餾實施方式兩者中是有益的。
在這個特定的實施方式中，離開冷凝器A4的凈化氣體110 (氣體二氧化碳流)被通向用閥A14或類似方式連接至回路的第二冷凝器A13，用于降低凈化氣體110的壓力，例如類似于關(guān)于圖5所闡述的實施方式所描述的減壓，從47巴到16巴。這種減壓還產(chǎn)生包含多達30%閃蒸氣體的混合相流。壓力降低引起約30%的溫度降低，在這個實施方式中， 由于不可凝氣體的含量，溫度從_34°C降低到-44°C。
被冷卻到_44°C的流引起較少的二氧化碳存在于最后的凈化流118中。因此，插入來自第一冷凝步驟d)的凈化氣體110的這個額外的冷凝步驟的結(jié)果為，與最后的凈化流118 —起丟棄的二氧化碳的量被顯著減少，即關(guān)于所闡述的實施例的從1300kg/h減少到 190kg/h。因此，二氧化碳的整體收率增加。
在優(yōu)選的實施方式中，還設(shè)想閃蒸氣體113被直接用于釀造廠生產(chǎn)線中，作為覆蓋氣體或用于使飲料充入二氧化碳。
最后，設(shè)想利用液體二氧化碳的再蒸發(fā)實現(xiàn)的冷卻來冷凝氣體。
所儲存的液化的二氧化碳可以作為如儲存的流116取自儲罐且再蒸發(fā)以便用于釀造廠。對于再蒸發(fā)，如上文所示的，在進入冷凝器A4之前，優(yōu)選地使用冷卻劑301。
還設(shè)想熱交換器、泵、閥等存在于合適的位置，以便在整個方法中開始且維持期望的壓力、溫度和其它參數(shù)。這樣的設(shè)置在本領(lǐng)域的技術(shù)之內(nèi)。
現(xiàn)在參考圖6，將更詳細地描述本發(fā)明的另一個特定的方面和實施方式。
在使釀造廠中的飲料充入二氧化碳的時候，液化的二氧化碳可以取自儲罐A7或作為例如閃蒸氣體113直接來自蒸餾步驟e)。
在實施方式中，通過第一熱交換裝置A15，優(yōu)選蒸發(fā)器的使用，通過使液化的二氧化碳流116與冷卻劑401例如取自釀造廠的鹽水接觸，來自罐或蒸餾塔的具有通常在-30°C _20°C范圍內(nèi)的溫度和通常在10-55巴范圍內(nèi)的壓力的液化的二氧化碳將被再蒸發(fā)。
因此，冷卻劑401的溫度從例如_5°C降低到-8V，且離開第一熱交換裝置A5的熱產(chǎn)物流117的溫度可以升高到例如_6°C。25°C的溫度可以通過兩個或更多個熱交換步驟來得到，其中第二步驟和額外的步驟通常不是通過使用鹽水而是水、空氣或任何其它較暖的介質(zhì)(未顯示)來實現(xiàn)的。在特別優(yōu)選的實施方式中，得到的冷卻劑402被用作冷卻劑 (圖I的方法中的301，作為圖I的冷凝裝置A4)，因此，冷卻劑的溫度通常將升高到鹽水的起始溫度即_5°C，且又可以原樣用于釀造廠中。
此外，使現(xiàn)在較暖的熱氣體產(chǎn)物流117通過膨脹器A16膨脹。膨脹的產(chǎn)物流119 的溫度和壓力可以分別為_55°C到-20°C和5-7巴。通過第二熱交換裝置A17的使用，加熱膨脹的產(chǎn)物流119。
在特定的實施方式中，在第二熱交換裝置A17中，加熱是通過使用較暖的冷卻劑 501比如圖I的較暖的冷卻劑302來實施的。因此，較暖的冷卻劑302/501可以具有與用于第一熱交換裝置A15的冷卻劑、離開冷凝器A4的較暖的冷卻劑(圖I的302)相同的來源， 或可以直接取自冷卻劑儲罐(未顯示)。膨脹和各自的加熱步驟可以以一個或多個步驟進行。
得到的冷卻能可以被用于例如冷凝器A4中。
離開第二熱交換裝置A17的氣體二氧化碳流120可以具有約5_25°C的溫度和1_6 巴的壓力，且可以原樣被用于釀酒廠/灌瓶車間等中。
通過第一和第二熱交換裝置(A15和A17)的使用，每噸二氧化碳可以回收 90-115kWh的冷能。而且，通過膨脹器A16的使用，與使用閥和熱交換器的傳統(tǒng)方法相比，可以額外地回收10-20kW的功率。在釀造廠中或其它地方中，回收的功率可以被用于二氧化碳回收方法中的別的壓縮功中。
還設(shè)想這個后一方面和/或?qū)嵤┓绞皆谌我鈭鏊斜粚嵤渲幸夯亩趸急辉僬舭l(fā)以便使用，且其不應(yīng)被限制到本發(fā)明的方法中。
權(quán)利要求
1.一種用于從源自發(fā)酵過程或灌瓶生產(chǎn)線的氣體二氧化碳流中回收二氧化碳的方法，所述方法包括以下步驟 a)提供源自所述發(fā)酵過程或灌瓶生產(chǎn)線的所述二氧化碳流； b)通過至少一個壓縮步驟壓縮所提供的二氧化碳流，提供了壓縮氣體流； c)使所述壓縮氣體流經(jīng)受吸收步驟，提供了至少富二氧化碳的氣體流； d)在冷凝器中冷凝所述富二氧化碳的氣體流，提供了至少冷凝物和凈化氣體； e)蒸餾所述液體二氧化碳流以提供凈化的二氧化碳， 其中，步驟b)中得到的所述壓縮氣體流的壓力為至少30巴，溫度在其中基本上不存在二氧化碳的冷凝且所述壓力被保持到至少步驟d)的范圍之內(nèi)。
2.根據(jù)權(quán)利要求I所述的方法，其中步驟c)中的吸收劑為水或液體二氧化碳，優(yōu)選液體二氧化碳。
3.根據(jù)權(quán)利要求I或2所述的方法，還包括將冷凝的、蒸餾的二氧化碳轉(zhuǎn)移到具有低于步驟d)的冷凝壓力的壓力的儲罐中的步驟，由此除了所述液體二氧化碳以外還形成氣體流，且其中所述氣體流被進一步處理。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的方法，其中所述進一步處理選自作為產(chǎn)品轉(zhuǎn)移到飲料生產(chǎn)廠，冷凝且轉(zhuǎn)移到儲罐中，和供給到所述壓縮步驟b)或所述蒸餾步驟e)中。
5.根據(jù)前述權(quán)利要求中任一項所述的方法，其中步驟d)的所述冷凝通過用于所述發(fā)酵過程的冷卻劑比如包含乙二醇或鹽的鹽水來進行。
6.根據(jù)權(quán)利要求3和權(quán)利要求5所述的方法，其中所述冷凝的、蒸餾的二氧化碳通過冷卻劑被再蒸發(fā)，優(yōu)選地通過所述冷凝步驟d)之前的所述冷卻劑。
7.根據(jù)前述權(quán)利要求中任一項所述的方法，其中所述至少一個壓縮步驟通過潤滑的壓縮機來進行，更優(yōu)選油潤滑螺桿式壓縮機。
8.根據(jù)權(quán)利要求7所述的方法，其中步驟c)中的吸收劑為液體二氧化碳。
9.根據(jù)前述權(quán)利要求中任一項所述的方法，包括2個或3個壓縮步驟。
10.根據(jù)前述權(quán)利要求中任一項所述的方法，其中在步驟d)的所述冷凝之前，過濾所述壓縮氣體流，優(yōu)選地通過機械過濾器和/或吸附式過濾器。
11.根據(jù)權(quán)利要求1-2和權(quán)利要求4-10中任一項所述的方法，其中在所述冷凝步驟d)后，壓力被降低，且步驟e)的所述蒸餾在降低了的壓力下進行。
12.根據(jù)權(quán)利要求11所述的方法，其中所述降低了的壓力是工業(yè)中用于儲存二氧化碳所采用的標準壓力，比如約15-18巴，優(yōu)選約16巴。
13.根據(jù)前述權(quán)利要求中任一項所述的方法，還包括使在步驟d)中得到的所述凈化氣體經(jīng)受結(jié)合冷凝與再蒸發(fā)的步驟的步驟f)，其中所述再蒸發(fā)在低于步驟d)中得到的所述凈化氣體的壓力的壓力下進行，優(yōu)選工業(yè)中用于儲存二氧化碳所采用的標準壓力，比如約15-18巴,優(yōu)選約16巴。
14.根據(jù)權(quán)利要求13所述的方法，其中通過閥使壓力降低。
15.根據(jù)前述權(quán)利要求中任一項所述的方法，其中所述蒸餾的二氧化碳被儲存在二氧化碳儲te中。
16.一種用于再蒸發(fā)液體二氧化碳以提供用于需要氣體二氧化碳的生產(chǎn)中的氣體二氧化碳流的方法，所述液體二氧化碳例如通過前述權(quán)利要求中任一項所述的方法得到的液體二氧化碳，所述方法包括以下步驟 a)提供例如來自選自儲罐、來自蒸餾裝置的蒸餾的二氧化碳或來自冷凝裝置的冷凝的二氧化碳的液體二氧化碳； b)在熱交換裝置中蒸發(fā)所述液體二氧化碳以提供熱氣體二氧化碳流； c)使所述熱氣體二氧化碳流膨脹以提供膨脹的熱氣體二氧化碳流；且 d)加熱所述膨脹的熱氣體二氧化碳流以提供用于需要氣體二氧化碳的生產(chǎn)中的氣體二氧化碳流。
17.根據(jù)權(quán)利要求16所述的方法，其中由所述膨脹產(chǎn)生的低溫被回收和/或通過所述膨脹器產(chǎn)生電功或機械功。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種用于通過壓縮、吸收、冷凝和蒸餾從源自發(fā)酵過程的氣體流中回收二氧化碳的方法，其中至少吸收和冷凝是在至少30巴的高壓下進行。
文檔編號B01D53/78GK102985160SQ201180032859
公開日2013年3月20日 申請日期2011年7月1日 優(yōu)先權(quán)日2010年7月2日
發(fā)明者R·芬德, J·F·保森 申請人:由寧工程有限公司