啤酒發(fā)酵中二氧化碳回收技術(shù)及應(yīng)用實(shí)踐分析

韋世哲

【摘 要】中國(guó)啤酒行業(yè)一直存在著綜合能耗大、 生產(chǎn)成本高、噸酒利潤(rùn)低的問(wèn)題。其中二氧化碳作為主要副產(chǎn)物，是-種啤酒生產(chǎn)過(guò)程中重要的原料，在啤酒發(fā)酵過(guò)程中會(huì)產(chǎn)生大量的二氧化碳，同時(shí)在啤酒成產(chǎn)中又會(huì)需要大量的二氧化碳做為原料，因此對(duì)其回收利用能大幅降低生產(chǎn)成本。本文結(jié)合工作的啤酒企業(yè)實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)，簡(jiǎn)要介紹了二氧化碳的回收技術(shù)，再提出關(guān)鍵成功和改進(jìn)的措施。

【關(guān)鍵詞】二氧化碳;回收技術(shù);改進(jìn)

1 引言

眾所周知，我國(guó)啤酒行業(yè)發(fā)展速度迅速，總產(chǎn)量已連續(xù)多年穩(wěn)居世界第一，2006年達(dá)到3150萬(wàn)噸，成為全球名副其實(shí)的啤酒大國(guó)。隨著人們對(duì)啤酒質(zhì)量的要求不斷提高，二氧化碳在啤酒生產(chǎn)企業(yè)中的使用量也在不斷增大，同時(shí)二氧化碳的采購(gòu)成本較高，因而越來(lái)越多啤酒生產(chǎn)企業(yè)都利用二氧化碳回收裝置對(duì)發(fā)酵所產(chǎn)生的二氧化碳進(jìn)行回收來(lái)滿足自身生產(chǎn)的需要。二氧化碳是一種啤酒生產(chǎn)過(guò)程中重要的原料，在啤酒發(fā)酵過(guò)程中會(huì)產(chǎn)生大量的二氧化碳同時(shí)在啤酒成產(chǎn)中又會(huì)需要大量的二氧化碳為原料。作為啤酒廠二氧化碳的回收和使用平衡問(wèn)題是做好節(jié)約能源和循環(huán)經(jīng)濟(jì)工作的重要部分。目前國(guó)內(nèi)大部分啤酒企業(yè)二氧化碳回收率低、回收使用不平衡導(dǎo)致在啤酒發(fā)酵過(guò)程中大量的高純度的二氧化碳?xì)怏w白白的排放到大氣中，不但造成了能源浪費(fèi)而且給環(huán)境帶來(lái)了污染，同時(shí)啤酒生產(chǎn)中需要購(gòu)買(mǎi)大量的二氧化碳為啤酒生產(chǎn)的原材料造成了生產(chǎn)成本增加。所以研究啤酒廠二氧化碳回收和使用的平衡是十分必要的。二氧化碳同時(shí)又是一種制冷劑，編號(hào)為R744二氧化碳作為制冷劑對(duì)臭氧層破壞較小，對(duì)環(huán)境的負(fù)荷是微不足道的，是一種優(yōu)質(zhì)、高效、環(huán)保的制冷劑。目前在商業(yè)冷凍、汽車(chē)、家庭正在逐步得到推廣應(yīng)用。

2 二氧化碳回收技術(shù)

傳統(tǒng)的二氧化碳回收工藝包括二氧化碳?jí)嚎s單元、干燥單元、除臭單元、汽化單元等下面簡(jiǎn)單敘述一下：

2.1二氧化碳?jí)嚎s單元

主要是二氧化碳回收系統(tǒng)的壓縮機(jī)將氣袋中的二氧化碳?xì)怏w進(jìn)行壓縮成高壓氣體。其工作原理：往復(fù)活塞式壓縮機(jī)工作原理：屬于容積式壓縮機(jī)，使一-定容積的氣體順序地吸入和排出封閉空間提高靜壓力的壓縮機(jī)。曲軸帶動(dòng)連桿，連桿帶動(dòng)活塞，活塞做上下運(yùn)動(dòng)?；钊\(yùn)動(dòng)使氣缸內(nèi)的容積發(fā)生變化，當(dāng)活塞向下運(yùn)動(dòng)的時(shí)候，汽缸容積增大，進(jìn)氣閥打開(kāi)，排氣閥關(guān)閉，氣體被吸進(jìn)來(lái)，完成進(jìn)氣過(guò)程當(dāng)活塞向，上運(yùn)動(dòng)的時(shí)候，氣缸容積減小，排氣閥打開(kāi)，進(jìn)氣閥關(guān)閉，完成壓縮過(guò)程。

2.2高級(jí)樣化技術(shù)

啤酒中二氧化碳回收高級(jí)氧化技術(shù)又稱(chēng)深度氧化技術(shù)，其基礎(chǔ)在于運(yùn)用電、光輻照、催化劑，有時(shí)還與氧化劑結(jié)合，在反應(yīng)中產(chǎn)生活性極強(qiáng)的自由基（如HO·），再通過(guò)自由基與有機(jī)化合物之間的加合、取代、電子轉(zhuǎn)移、斷鍵等，使水體中的大分子難降解有機(jī)物氧化降解成低毒或無(wú)毒的小分子物質(zhì)，甚至直接降解成為CO2和H2O，接近完全礦化目前的高級(jí)氧化技術(shù)主要包括化學(xué)氧化法、電化學(xué)氧化法、濕式氧化法、超臨界水氧化法和光催化氧化法等。第一種，化學(xué)氧化技術(shù)，化學(xué)氧化技術(shù)常用于生物處理的前處理。一般是在催化劑作用下，用化學(xué)氧化劑去處理有機(jī)廢水以提高其可生化性，或直接氧化降解廢水中有機(jī)物使之穩(wěn)定化。第二種，電化學(xué)催化氧化法，該技術(shù)起源于20世紀(jì)40年代，有應(yīng)用范圍廣、降解效率高、能量要求簡(jiǎn)單、利于實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化操作，應(yīng)用方式靈活多樣等優(yōu)點(diǎn)。電化學(xué)催化氧化法既可用于難降解廢水的前處理措施來(lái)提高可生物降解性能，又可以作為難降解酚類(lèi)廢水的深度處理技術(shù)，在優(yōu)化的pH值、溫度和電流強(qiáng)度條件下，苯酚可以得到幾乎完全的分解。針對(duì)高濃度、難降解、有毒有害的含酚廢水，傳統(tǒng)生物法和物化法已經(jīng)失去了其優(yōu)勢(shì)，化學(xué)氧化法又因其昂貴的費(fèi)用阻礙了其推廣應(yīng)用，電化學(xué)催化氧化法越來(lái)越受到人們的青睞，但其自身也存在一些問(wèn)題，如電耗，電極材料多為貴金屬，成本較高及存在陽(yáng)極腐蝕，指導(dǎo)其推廣應(yīng)用的微觀動(dòng)力學(xué)和熱力學(xué)研究尚不完善等。第三種，濕式氧化技術(shù)。濕式氧化，又稱(chēng)濕式燃燒，是處理高濃度有機(jī)廢水的一種行之有效的方法，其基本原理是在高溫高壓的條件下通入空氣，使廢水中的有機(jī)污染物被氧化，按處理過(guò)程有無(wú)催化劑可將其分為濕式空氣氧化和濕式空氣催化氧化兩類(lèi).

2.3超聲波氧化法

聲化學(xué)的發(fā)展使人們?cè)絹?lái)越關(guān)注其在水及廢水處理中的應(yīng)用。超聲波氧化（ultrasonic oxidation）的動(dòng)力來(lái)源是聲空化，當(dāng)足夠強(qiáng)度的超聲波（15 kHz —20 MHz）通過(guò)水溶液，在聲波負(fù)壓半周期，聲壓幅值超過(guò)液體內(nèi)部靜壓，液體中的空化核迅速膨脹;在聲波正壓半周期，氣泡又因絕熱壓縮而破裂，持續(xù)時(shí)間約0.1μs。破裂瞬間產(chǎn)生約5000 K和100 MPa的局部高溫高壓環(huán)境，并產(chǎn)生速率為110 m/s 的強(qiáng)沖擊微射流。

3 啤酒發(fā)酵二氧化碳回收技術(shù)流程中發(fā)現(xiàn)及改進(jìn)要點(diǎn)

3.1二氧化碳回收技術(shù)工藝新應(yīng)用概念

由以上介紹可知，CO2回收工藝技術(shù)新技術(shù)與傳統(tǒng)的工藝在節(jié)能、效率、質(zhì)量都有了改進(jìn)。如干燥、除臭單元的再生使用壓縮空氣吹冷技術(shù)不但效果良好而且節(jié)約大量的CO2消耗成本和排放;壓縮單元采用無(wú)油潤(rùn)滑壓縮機(jī)保證了二氧化質(zhì)量;汽化單元采用冷量回收技術(shù)即節(jié)約了蒸汽消耗又回收利用了液態(tài)二氧化的冷量;提純裝置技術(shù)保證了二氧化高純度又可以在用氣均勻時(shí)采用直接供氣技術(shù)節(jié)約了一部分二氧化不需冷凝直接供用氣終端，從而節(jié)約用電消耗。

3.2回收方面問(wèn)題

第一，旺季時(shí)儲(chǔ)罐不夠，導(dǎo)致回收量與回收能力不匹配。如果在回收不及時(shí)只能排空浪費(fèi)?？梢钥紤]在保證二氧化碳站有一定儲(chǔ)備的情況下盡可能的外供，或者通過(guò)技改增加儲(chǔ)罐，增大回收能力。汽化器消耗蒸汽過(guò)大需要改造。除臭器再生時(shí)使用二氧化碳吹冷是一種極大的浪費(fèi)，可改用壓縮空氣吹冷不但不影響工藝和二氧化碳純度而且效果很好，這樣就能節(jié)約大量的二氧化碳消耗。

第二，使用方面存在的問(wèn)題有：a、外供分裝公司的使用量（噸酒消耗）相對(duì)總部的噸酒耗量大。b、終端流量計(jì)沒(méi)有定期校驗(yàn)，只在出現(xiàn)偏差較大時(shí)才校驗(yàn)。發(fā)酵終端使用無(wú)指標(biāo)，這樣就造成發(fā)酵終端需要多少量二氧化碳，供出方二氧化碳站就必須提供多少量二氧化碳，在貯備不足時(shí)，只能外購(gòu)以滿足生產(chǎn)需要。

d、清酒罐，濁酒罐在進(jìn)入酒體時(shí)，被置換出來(lái)的二氧化碳沒(méi)有回收只能排空，造成大量的浪費(fèi)。e、雪堡發(fā)酵液在2009年以前一直使用二氧化碳加壓出罐，出罐后整罐二氧化碳排空，再清洗，不但造成了二氧化碳的浪費(fèi)，也造成了堿耗的增加以及罐的周轉(zhuǎn)時(shí)間的延長(zhǎng)。

4 關(guān)鍵鍵發(fā)現(xiàn)和需要改進(jìn)的措施

4.1關(guān)鍵發(fā)現(xiàn)

一是流量計(jì)誤差有時(shí)偏大，導(dǎo)致回收和使用數(shù)據(jù)偏差大。二是回收系統(tǒng)的汽化器消耗蒸汽過(guò)大，且液態(tài)的CO2冷量沒(méi)有回收造成浪費(fèi)。三是生產(chǎn)旺季時(shí)發(fā)酵車(chē)間和包裝廠消耗CO2量大，將CO2進(jìn)行冷凝后在汽化是一種浪費(fèi)。四是發(fā)酵車(chē)間用于罐體加壓，補(bǔ)壓，備壓用CO2量超過(guò)車(chē)間使用總量的50%以上?？刂坪眠@部分的使用量是降低車(chē)間用量，實(shí)現(xiàn)CO2平衡的關(guān)鍵。五是除臭器再生吹冷可改用壓縮空氣替代CO2。

4.2關(guān)鍵成功因素

加強(qiáng)對(duì)終端流量的校驗(yàn)，對(duì)發(fā)酵終端使用量制定考核指標(biāo)，安裝流量計(jì)對(duì)終端使用量較大的點(diǎn)進(jìn)行監(jiān)控，提高CO2存儲(chǔ)能力，以解決啤酒生產(chǎn)旺季CO2儲(chǔ)存能力不足和啤酒生產(chǎn)負(fù)荷不穩(wěn)定時(shí)CO2供需不平衡的矛盾。改造CO2回收系統(tǒng)的汽化系統(tǒng)不但節(jié)約蒸汽使用而且可以將液態(tài)的CO2冷量回收用于糖化制冰水系統(tǒng)。

改造在生產(chǎn)旺季發(fā)酵和包裝廠消耗量大時(shí)進(jìn)行直接供應(yīng)氣態(tài)CO2可以直接停掉冷機(jī)或者少開(kāi)冷機(jī)。