CN108609620A - 用气体净化技术提纯啤酒厂二氧化碳成套设备 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种用气体净化技术提纯啤酒厂二氧化碳的成套设备。是由水洗塔1，水洗泵2，气囊3，压缩机4，分水罐5，净化柱6，纯化柱7，冷凝器8，冷冻机9，提纯塔10，和产品罐11组成。从发酵罐引来的二氧化碳气进入水洗塔1，用水洗掉乙醇和泡沫后进入气囊，再进入压缩机4加压，经过分水后进入净化柱6脱除硫化氢、乙酸乙酯、杂醇和剩余的乙醇，再进入纯化柱脱出甲醇、甲醛、乙醛、水分和异味杂质，进入冷凝器8被冷冻机9的冷剂液化，进入提纯塔10中脱除氧气、甲烷、氮气、一氧化碳等气体，底部引出纯度为99.99％以上的液体二氧化碳，质量达到国家食品添加剂级标准，进入产品罐11贮存，供灌装啤酒使用，或者装车装瓶出厂。

Description

用气体净化技术提纯啤酒厂二氧化碳成套设备

技术领域 本发明涉及到一种用气体净化技术提纯啤酒厂二氧化碳的成套设备。

背景技术 目前随着人们生活水平的不断提高，对啤酒的消耗量越来越大。但是啤酒生产全都以大麦为原料，经过特殊发酵过程来产生酒精，进而通过进一步处理而形成人们饮用的啤酒。在麦芽发酵过程中除了产生酒精外，还副产约等量的二氧化碳气。正好啤酒灌装过程中，需要用二氧化碳气体来作调味剂和膨胀剂，所以啤酒生产过程中，二氧化碳气体作为生产添加剂，是必不可缺少的生产原材料。

由于麦芽发酵过程是在100℃以上高温条件下进行，期间还要用微量稀硫酸来调酸、用微量金属盐来调节PH值等细节过程。在生产主要产品酒精（乙醇）的同时，还会副产硫化氢、羰基硫、甲醇、甲醛和乙醛等微量杂质，也会副产杂醇、聚合物乙酸乙酯等杂质，这些杂质都会随着发酵气的连续排放而混同在二氧化碳气体中。众所周知：硫化氢是有臭味的腐蚀性酸性气体，甲醛和乙醛是对人体有致癌作用的物质，甲醇和杂醇是一种神经毒素，对人容易致盲，所以国家针对添加到啤酒中的二氧化碳气体，制订了严格的食品添加剂标准（GB1886. 228 — 2016），规定硫化物总含量要小于0.1ppm（1×10^-6 v%，下同）；醛类杂质总含量要小于0.02ppm；甲醇和杂醇类杂质要小于10ppm，此外还有其他16种杂质都不能超过各自的标准指标。这就迫切需要对在发酵过程中不可避免要副产的、全部存在于二氧化碳中的上述杂质必须有效地脱除干净，使二氧化碳达到国际食品添加剂的标准后，才能用到啤酒的灌装生产过程中。

现在一些啤酒厂家为了净化二氧化碳中的超标杂质，仅选用普通的活性炭来吸附酒精和异味，使用分子筛来干燥脱水。但是这些极其普通的多孔材料只能吸附少量的乙醇和水，绝不吸附硫化氢、羰基硫、甲醇、甲醛、乙醛、乙酸乙酯等大多数对人体有害的杂质，更达不到国家食品级标准要求。国家工业气体协会在2016年曾经提示：根据抽样检测，大部分啤酒厂家的二氧化碳都不达标，这是一项急于要解决的问题。目前回收二氧化碳的技术还有热钾碱、乙醇胺、碳酸丙烯脂、低温甲醇等溶剂吸收方法，这些方法主要用于回收气源中30％以下低浓度的二氧化碳；发明专利CN88105938介绍一种变压吸附法回收二氧化碳技术，可以从合成氨尾气中脱除二氧化碳，但二氧化碳的浓度只有60%，达不到国家食品级标准；日本日曹、昭和公司开发了催化燃烧法脱除二氧化碳中少量轻烃技术，但不能使轻烃降到ppm级，还不能脱除硫化物等不燃烧的无机物杂质，且流程复杂能耗太高，已经在该领域被广泛淘汰。

发明内容 本发明的技术方案是这样来实现的（见图1）：

本发明开发一种用气体净化技术提纯啤酒厂二氧化碳的成套设备。它是由水洗塔1，水洗泵2，气囊3，压缩机4，分水罐5，净化柱6，纯化柱7，冷凝器8，冷冻机9，提纯塔10，和产品罐11组成。从啤酒发酵罐引来经过除沫后的二氧化碳气，首先进入水洗塔1的底部，在塔中用水洗泵2喷入的洗涤水洗掉乙醇和泡沫等杂质，进入气囊3储存。从气囊出来的气体进入压缩机4加压，经过分水罐分水后，进入净化柱6脱除硫化氢、乙酸乙酯、杂醇和剩余的乙醇。再进入纯化柱脱出甲醇、甲醛、乙醛、水分和异味杂质。然后进入冷凝器8，被冷冻机9提供的冷剂液化，进入提纯塔10中脱除氧气、甲烷、氮气、一氧化碳等不凝性气体，提纯塔底部引出液体二氧化碳，纯度为99.9％以上，上述杂质全部得到净化，二氧化碳达到国家食品添加剂级质量标准，进入产品罐11贮存，供灌装啤酒使用，或者装车装瓶出厂。

各部件的连接关系是：水洗塔1的下端气体进口直接与原料气管道连接，水洗塔1的上端出口由管道与气囊3连接，气囊3的出口与压缩机4的进口连接，压缩机的出口与分水罐5入口相连，分水罐上端出口与净化柱6下端入口连接，净化柱6的上端出口与纯化柱7的上端连接，纯化柱的下端出口与冷凝器8的进口连接，冷凝器8的出口与提纯塔10的中间进口连接，提纯塔的下端出口与产品罐11的进口连接，产品罐的出口与用户的管道连接。提纯塔的上端与净化柱再生系统的管道连接。冷冻机9系统的管道与冷凝器8相关的管道连接，从而构成气体净化技术提纯啤酒厂二氧化碳的成套设备（图1）。

水洗涤塔1是填料塔，所用的洗涤液可以是水，也可以是浓度在1～10％之间的高锰酸钾溶液，用离心泵2送入塔中循环使用，定期排放或者更新。气囊3是由尼龙、聚丙烯、油布等非金属材料制作，体积随着气体进入的多少而涨缩，底部有排水口；也可以由碳钢、不锈钢等金属材料制作，体积固定。压缩机4是2~4级的无油润滑活塞式压缩机，由电动机驱动，压缩机的阀片、活塞环和缸套等与气体接触的部位由不锈钢或者其他耐蚀材料制成。压缩后的气体压力在1.5MPa~6.0MPa之间。

净化柱6是由两个同样大小体积的圆桶组成，轮换操作时候一个工作一个加热再生，每个圆桶是等径或者变径，上部有法兰封头，并有进出气口，底部的封头上边也开有进出气口横置。圆桶内依次装有颗粒活性碳材料制作的固体硫化氢净化剂、杂醇净化剂、乙酸乙酯净化剂和乙醇净化剂；每种填料之间用筛网隔离。底部和上部都有100~400cm长的带筛孔的管状气体进出口管，底部的进出气管横置，管的外面包裹有10~80目的不锈钢筛网，防止固体净化剂泄露。两个圆桶的上下进出气口都由管道与四个阀门分两组并联连接，两个阀门中间管道上开有进排气口。根据气源中杂质成分不同，净化柱中的净化剂可以是一种，也可以是多种。净化柱6可以是一套，也可以是多套串连，阀门可以是手动，也可以是气动或者电动阀门。（图2）

纯化柱7是由两个同样大小体积的圆桶组成，轮换操作时候一个工作一个加热再生，每个圆桶是等径或者变径，上部有法兰封头，并有进出气口，底部的封头边缘也开有进出气口。圆桶内依次装有氧化铝或者分子筛制作的、球形或者条形的固体甲醇纯化剂、甲醛纯化剂、乙醛纯化剂和气味纯化剂；每种纯化剂之间用筛网隔离。底部和上部都有100~400cm长的带筛孔的管状气体进出口，底部进出气管横置，管的外面包裹有10~80目的不锈钢筛网，防止固体纯化剂泄露。两个圆桶的上下进出气口都由管道与四个阀门分两组并联连接，两个阀门中间管道上开有进排气口。根据气源中杂质成分不同，纯化柱7中的纯化剂可以是一种，也可以是多种。纯化柱7可以不用，也可以是一套或者多套串连使用，阀门可以是手动，也可以是气动或者电动阀门。

纯化柱7系统如果不用，则单独使用一套净化柱6，净化柱6系统同样是由两个两个同样大小体积的圆桶组成，每个圆桶是等径或者变径。里面除了分层装填活性碳材料制作的硫化氢净化剂、杂醇净化剂、乙酸乙酯净化剂和乙醇净化剂外，还分层装填氧化铝或者分子筛制作的、球形或者条形的固体甲醇纯化剂、甲醛纯化剂、乙醛纯化剂和气味纯化剂；每一种纯化剂之间用不锈钢筛网隔离。活性碳材料制作的几种净化剂装填在净化柱6气体进口端的下半段，氧化铝或者分子筛制作的几种纯化剂装填在净化柱6的上半段。净化柱上下连接的阀门和管道与权利5所述内容相同。

我们使用的全部净化剂和纯化剂，都是以活性炭和分子筛作为最基本的原料，根据二氧化碳气体所含杂质的性质，有针对性地对这些多孔材料用特殊药剂和特殊加工工艺进行改质，使每一种净化剂和纯化剂都能有针对性地只和目标杂质起作用，而不和二氧化碳起作用。这些新制作的净化剂的纯化剂对杂质的吸附量大，选择性强，机械强度好，使用寿命长，可以把各种杂质都净化干净，使二氧化碳质量达到国家食品添加剂级标准要求，只有这样才能灌装到啤酒中。

冷冻机9系统是由制冷机、冷凝器、贮液器，压力调节阀，液分器和管道组成，制冷机的主机是活塞式或螺杆式，由电动机驱动运行，制冷剂是液氨、氟里昂或者丙烯，冷凝器是列管水冷式或者蒸发冷凝式。

提纯塔10是填料塔，内装波纹板或丝网状高效规整填料，提纯塔底有再沸器，所用热量由制冷机9出口热气提供，或者由净化系统后面干燥的工艺气体提供。提纯塔顶有全凝器，所用的冷量由贮液器的液体冷剂经降压后提供。提纯塔10的再沸器及全凝器是整体安装，全凝器是立式列管式，直接放在提纯塔顶部。再沸器放在提纯塔底部，气体加热管是盘管或列管。根据原料气情况和设备产量决定，提纯塔系统也可以省略不用，氮气、氧气、一氧化碳等不凝气体从产品罐顶部排放。（附图3）

产品罐11可以是带封头的立式或者卧式圆筒形，也可以是球形；从提纯塔10和产品罐产品罐11顶部排出的轻组分气体，经过换热器加热升温后，都可作为净化柱6和纯化柱7的再生气，带出解析的杂质气体后排出到气体总管中。换热器可以是蒸汽或者热油换热器，也可以是电加热器。

附图说明

图1是由水洗塔1，水洗泵2，气囊3，压缩机4，分水罐5，净化柱6，纯化柱7，冷凝器8，冷冻机9，提纯塔10，和产品罐11组成。从啤酒发酵罐引来经过除沫后的二氧化碳气，首先进入水洗塔1的底部，在塔中用水洗泵2喷入的洗涤水洗掉乙醇和泡沫等杂质，进入气囊储存。从气囊出来的气体进入压缩机4加压，进入分水罐分水后，进入净化柱6脱除硫化氢、乙酸乙酯、杂醇和剩余的乙醇。再进入纯化柱脱出甲醇、甲醛、乙醛、水分和其他杂质。然后进入冷凝器8，被冷冻机9提供的冷剂液化，进入提纯塔10中脱除氧气、甲烷、氮气、一氧化碳等不凝性气体，提纯塔底部引出液体二氧化碳，纯度为99.9％以上，上述杂质全部得到净化，二氧化碳达到国家食品添加剂级质量标准，进入产品罐11贮存，供灌装啤酒使用，或者装车装瓶出厂。

图2为净化系统6的结构示意图：是由两个同样大小体积的圆桶组成，顶部有法兰封头，并有进出气口，便于打开法兰装填固体颗粒状的净化剂。底部的封头边上也开有进出气口，圆桶内依次装有颗粒活性碳材料制作的固体硫化氢净化剂、杂醇净化剂、乙酸乙酯净化剂和乙醇净化剂；每种填料之间用筛网隔离。底部和上部里面都有100~400cm长的带筛孔的管状气体进出口管，底部的进出气管横置，管的外面包裹有10~80目的不锈钢筛网，防止固体净化剂泄露。两个圆桶的上下进出气口都由管道与四个阀门分两组并联连接，两个阀门中间管道上开有进排气口。纯化柱7的结构形式和净化柱6的结构形式相同。

图3为提纯塔10连同全凝器和再沸器整体安装的结构图，提纯塔10是填料塔，内装波纹板或丝网状高效规整填料，全凝器是安装在提纯塔顶部的立式列管式冷凝器，列管间由低温冷剂制冷。再沸器连装在精馏塔底部，气体加热管是盘管或列管。

实施例

实施例1

2016年8月为沈阳啤酒厂建造一套气体净化技术提纯二氧化碳成套设备，前部有水洗塔1、水洗泵2，气囊3的体积5m³，压缩机6排气量360Nm³/h，出口压力2.2Mpa；分水罐5尺寸φ500×600mm；净化柱6每个尺寸φ326×3000mm，每个柱内装硫化氢净化剂40kg，杂醇净化剂40kg，乙醇净化剂50kg，乙酸乙酯净化剂35kg；每个纯化柱7的尺寸也是φ326×3000mm，里面装甲醇纯化剂40kg，甲醛纯化剂30kg，乙醛纯化剂40kg，脱味纯化剂50kg；冷冻系统9冷冻机制冷量140kw；液化器8为U形管浮头式，面积25m²；提纯塔10尺寸为φ210×4250mm；再沸器盘管式面积4m²，全凝器列管式，面积8 m²；产器罐11是双层保温卧式，体积10m³。生产液态二氧化碳产量500kg/h，质量达到国际食品添加剂级标准（GB1886. 228 — 2016）。

实施例2

2017年2在鞍山啤酒厂建造一套气体净化技术提纯二氧化碳成套设备，前部有水洗塔1、水洗泵2，气囊3的体积5m³，压缩机6排气量240Nm³/h，出口压力2.2Mpa；分水罐5尺寸φ300×400mm；净化柱6每个尺寸φ260×3000mm，每个柱的下半段装硫化氢净化剂15kg，杂醇净化剂10kg，乙醇净化剂20kg，乙酸乙酯净化剂10kg；没有纯化柱7系统，在净化柱6的上半段装甲醇纯化剂10kg，甲醛纯化剂10kg，乙醛纯化剂15kg，脱味纯化剂15kg；冷冻系统9冷冻机制冷量,100kw；液化器8为卧式列管式，面积16m²；没有提纯塔10，产器罐11是双层保温卧式，体积6m³。生产液态二氧化碳产量300kg/h，质量达到国际食品添加剂级标准（GB1886.228 — 2016）。

Claims (10)

1.本发明涉及一种用气体净化技术提纯啤酒厂二氧化碳的成套设备;它是由水洗塔1，水洗泵2，气囊3，压缩机4，分水罐5，净化柱6，纯化柱7，冷凝器8，冷冻机9，提纯塔10，和产品罐11组成;从啤酒发酵罐引来经过除沫后的二氧化碳气，首先进入水洗塔1的底部，在塔中用水洗泵2喷入的洗涤水洗掉乙醇和泡沫等杂质，进入气囊3储存;从气囊出来的气体进入压缩机4加压，经过分水罐分水后，进入净化柱6脱除硫化氢、乙酸乙酯、杂醇和剩余的乙醇;再进入纯化柱脱出甲醇、甲醛、乙醛、水分和异味杂质;然后进入冷凝器8，被冷冻机9提供的冷剂液化，进入提纯塔10中脱除氧气、甲烷、氮气、一氧化碳等不凝性气体，提纯塔底部引出液体二氧化碳，纯度为99.9％以上，上述杂质全部得到净化，二氧化碳达到国家食品添加剂级质量标准，进入产品罐11贮存，供灌装啤酒使用，或者装车装瓶出厂;各部件的连接关系是：水洗塔1的下端气体进口直接与原料气管道连接，水洗塔1的上端出口由管道与气囊3连接，气囊3的出口与压缩机4的进口连接，压缩机的出口与分水罐5入口相连，分水罐上端出口与净化柱6下端入口连接，净化柱6的上端出口与纯化柱7的上端连接，纯化柱的下端出口与冷凝器8的进口连接，冷凝器8的出口与提纯塔10的中间进口连接，提纯塔10的下端出口与产品罐11的进口连接，产品罐11的出口与用户的管道连接;提纯塔10的上端与净化柱再生系统的管道连接;冷冻机9系统的管道与冷凝器8相关的管道连接，从而构成气体净化技术提纯啤酒厂二氧化碳的成套设备。

2.根据权利要求1所述的气体净化技术提纯啤酒厂二氧化碳的成套设备，其特征在于：水洗涤塔1是填料塔，所用的洗涤液可以是水，也可以是浓度在1～10％之间的高锰酸钾溶液，用离心泵2送入塔中循环使用，定期排放或者更新。

3.根据权利要求1所述的气体净化技术提纯啤酒厂二氧化碳的成套设备，其特征在于：气囊3是由尼龙、聚丙烯、油布等非金属材料制作，体积随着气体进入的多少而涨缩，底部有排水口；也可以由碳钢、不锈钢等金属材料制作，体积固定。

4.根据权利要求1所述的气体净化技术提纯啤酒厂二氧化碳的成套设备，其特征在于：压缩机4是2~4级的无油润滑活塞式压缩机，由电动机驱动，压缩机的阀片、活塞环和缸套等与气体接触的部位由不锈钢或者其他耐蚀材料制成;压缩后的气体压力在1.0MPa~7.0MPa之间。

5.根据权利要求1所述的气体净化技术提纯啤酒厂二氧化碳的成套设备，其特征在于：净化柱6是由两个同样大小体积的圆桶组成一套，轮换操作时候一个工作一个加热再生，每个圆桶是等径或者变径，上部有法兰封头，并有进出气口，底部的封头也开有进出气口;圆桶内依次装有颗粒活性碳材料制作的固体硫化氢净化剂、杂醇净化剂、乙酸乙酯净化剂和乙醇净化剂；每种填料之间用筛网隔离;底部和上部里面都有100~400cm长的带筛孔的管状气体进出口管，底部的进出口管横置，管的外面包裹有10~80目的不锈钢筛网，防止固体净化剂泄露;两个圆桶的上下进出气口都由管道与四个阀门分两组并联连接，两个阀门中间管道上开有进排气口;根据气源中杂质成分不同，净化柱中的净化剂可以是一种，也可以是多种分层填装;净化柱6可以是一套，也可以是多套串连，阀门可以是手动，也可以是气动或者电动阀门。

6.根据权利要求1所述的气体净化技术提纯啤酒厂二氧化碳的成套设备，其特征在于：纯化柱7是由两个同样大小体积的圆桶组成一套，轮换操作时候一个工作一个加热再生，每个圆桶是等径或者变径，上部有法兰封头，并有进出气口，底部的封头也开有进出气口;圆桶内依次装有氧化铝或者分子筛制作的、球形或者条形的固体甲醇纯化剂、甲醛纯化剂、乙醛纯化剂和异味纯化剂；每种纯化剂之间用筛网隔离;底部和上部都有100~400cm长的带筛孔的管状气体进出口管，底管横置，管的外面包裹有10~80目的不锈钢筛网，防止固体纯化剂泄露;两个圆桶的上下进出气口都由管道与四个阀门分两组并联连接，两个阀门中间管道上开有进排气口;根据气源中杂质成分不同，纯化柱7中的纯化剂可以是一种，也可以是多种分层填装;纯化柱7可以不用，也可以是一套或者多套串连使用，阀门可以是手动，也可以是气动或者电动阀门。

7.根据权利要求7所述的气体纯化系统，其特征在于：纯化柱7系统如果不用，则单独使用一套净化柱6，净化柱6同样是由两个两个同样大小体积的圆桶组成，每个圆桶是等径或者变径;里面除了分层装填活性碳材料制作的硫化氢净化剂、杂醇净化剂、乙酸乙酯净化剂和乙醇净化剂外，还分层装填氧化铝或者分子筛制作的、球形或者条形的固体甲醇纯化剂、甲醛纯化剂、乙醛纯化剂和异味纯化剂；每一种纯化剂之间用不锈钢筛网隔离;活性碳材料制作的几种净化剂装填在净化柱6气体进口端的下半段，氧化铝或者分子筛制作的几种纯化剂装填在净化柱6的上半段;净化柱上下连接的阀门和管道与权利5所述内容相同。

8.根据权利要求1所述的气体净化技术提纯啤酒厂二氧化碳的成套设备，其特征在于：冷冻机9系统是由制冷机、冷凝器、贮液器，压力调节阀，液分器和管道组成，制冷机的主机是活塞式或螺杆式，由电动机驱动运行，制冷剂是液氨、氟里昂或者丙烯，冷凝器是列管水冷式或者蒸发冷凝式;对冷剂气体压缩后的压力在1.0MPa~3.0MPa之间，冷凝成液态的冷剂经过调节阀降压后的温度在―10℃到―50℃之间。

9.根据权利要求1所述的气体净化技术提纯啤酒厂二氧化碳的成套设备，其特征在于：提纯塔10是填料塔，内装波纹板或丝网状高效规整填料，填料下面有填料支撑板，上面有液体分布器，中间有进料分布器；提纯塔底有再沸器，所用热量由制冷机9出口热气提供，或者由净化系统后面干燥的工艺气体提供;提纯塔顶有全凝器，所用的冷量由贮液器的液体冷剂经降压后提供;提纯塔10的再沸器及全凝器是整体安装，全凝器是立式列管式，直接放在提纯塔顶部;再沸器连装在提纯塔底部，气体加热管是盘管或者是列管;提纯塔10顶部有进出料管;根据原料气情况和设备产量决定，提纯塔系统也可以省略不用，氮气、氧气、一氧化碳等不凝气体从产品罐顶部排放。

10.根据权利要求1所述的气体净化技术提纯啤酒厂二氧化碳的成套设备，其特征在于：产品罐11可以是带封头的立式或者卧式圆筒形，也可以是球形；从提纯塔10和产品罐产品罐11顶部排出的轻组分气体，经过换热器加热升温后，都可作为净化柱6和纯化柱7的再生气，带出解析的杂质气体后排出到气体总管中，不使用界外的再生气;换热器可以是蒸汽或者热油换热器，也可以是电加热器。