从发酵过程中高压回收二氧化碳的制作方法

专利名称：从发酵过程中高压回收二氧化碳的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种用于通过压缩、吸收、冷凝及蒸馏来从源自发酵过程或灌瓶生产线(bottling line)的气体流中回收二氧化碳的方法，其中方法是在高压下进行的。使饮料比如酿造产物充入二氧化碳的优选方式是通过现场净化二氧化碳。因此，通常净化源自发酵过程比如酿造厂中的二氧化碳流并返回到酿造厂中。因此，通过发酵过程产生的二氧化碳被再次用于酿造饮料中或在与发酵过程相同场所中生产的其它碳酸饮料中，被用作灌瓶车间的所谓覆盖气体，以防止夹带空气或以置换空气。目前最常用的方法包括以下步骤消泡；在水洗涤器中洗涤；压缩；通过碳过滤器过滤；脱水；使二氧化碳流再沸且蒸馏，以提供净化的二氧化碳流。这种方法以令人满意的收率和纯度有效地净化二氧化碳，但方法的几个要素增加了整个回收方法的成本。首先，必须丢弃用于水洗涤器的水，而且必须经常使碳过滤器和脱水剂再生，且最后必须向方法提供外部功率。方法中的大量的装置操作需要用于维持整个系统内的压力的手段。通常，包含在系统中的装置操作越多，压降就越大，且因此用于维持整个系统内的压力的成本就越高。而且，常规的二氧化碳的最终液化需要大量的能量供应。冷凝通常是通过氨气冷却的冷凝器来进行的。同时，产生的液体二氧化碳必须储存在储罐中，且必须在被用作覆盖气体或作为用于使饮料充入二氧化碳的二氧化碳之前再蒸发。在传统的方法中，系统是在相应于标准的二氧化碳储罐的压力的约16巴的压力下进行的，其中液体二氧化碳在使用前被储存在储罐中。在本上下文中，在低压下的操作是用于以食物级质量来回收高纯度的二氧化碳的领域中的常用方式，主要因为对于几个原因比如得到的纯度和安装成本来说，这被认为是最经济的。然而，在低压下的操作需要非常高程度的除水，因为水在系统中的存在将造成关于形成冰或气体水合物的问题。此外，冷凝净化的二氧化碳来提供液化的二氧化碳需要高的能量输入。EP 0194795A2已经解决了冷凝的问题，其中描述了回收方法，在方法中，来自酿造厂的不纯的二氧化碳被加压且被冷却，产生基本上纯的二氧化碳液体流和气体杂质的流(即不可凝气体)。这之后，纯二氧化碳液体流膨胀以提供液体纯二氧化碳流和气体纯二氧化碳流，因此所提供的液体二氧化碳被用于液化起始压缩步骤的气体流。因此，这个方法提供以下解决方案其中，二氧化碳的冷却和液化是通过基本上纯的液体二氧化碳的膨胀和蒸发来实现的。因此，内部的传热和/或冷却能被用于供应用于净化步骤的能量。说明这个方法减少了特定的及整体的功率消耗及蒸发所需要的热。然而，只有当液化的二氧化碳被充分利用且膨胀时，该方法才是完全经济的。因此，这个方法还需要用于冷凝二氧化碳的大的能量输入。本发明是这样的方法其中现有技术中的一个或多个前面的问题已经得到解决。因此，在本发明的第一方面，提供用于从源自发酵过程的气体二氧化碳流中回收二氧化碳的方法，方法包括以下步骤a)提供源自发酵过程的二氧化碳流；b)通过至少一个压缩步骤压缩所提供的流，提供压缩气体流；c)使压缩气体流经历吸收步骤，提供至少富二氧化碳的气体流；d)在冷凝器中冷凝富二氧化碳的气体流，提供至少冷凝物和净化气体(purge gas);及e)蒸懼冷凝物，以提供净化的二氧化碳,其中步骤b)中得到的压缩的二氧化碳流的压力为至少30巴，温度在其中基本上不存在二氧化碳的冷凝且所述压力被保持到至少步骤d)的范围之内。关于本发明，现在发现，当压力为至少30巴时，可以使用流体，比如用于灌瓶车间或发酵过程中的那些流体随后使气体冷凝，因此，在方法开始时所使用的能量在方法的后一阶段(即在纯二氧化碳的液化中)得到大大收回，纯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。本发明的方法具有几个益处。当系统中的压力高时，通常的水洗涤器被高压水洗涤器或二氧化碳洗涤器替代。这将减少获得期望的纯度所需要的水的量和待清洗并丢弃的受污染的水的量。而且，吸收步骤后的冷凝不需要通常为冷凝15-20巴下存在的二氧化碳所需要的约_30°C的低温。因此，根据本发明，冷凝液体(下文中的冷却剂)的温度可以为约(TC或刚好(TC以下，比如-10°C到10°C，优选-8°C到-3°C，例如_5°C。由于与传统的CO2装置相比，冷却剂的温度可以是相对高的，因此发现可以使用例如通常用于酿造厂中用于冷却发酵罐等的盐水，且因此，冷却剂在装置中是容易得到的。盐水优选地为使水的凝固点降低的任意含水混合物。实例为二醇类和盐的水溶液。在环境温度低时，CO2通过空气冷却进行冷凝也是可选择的。本发明的主要益处之一在于可以利用具有约-10°C到10°C的温度的冷却剂来使二氧化碳冷却到-24°c以下，这极大地减少了用于所产生量的二氧化碳的特定能量消耗。本发明的另一个益处是可以进一步减少用于整个方法的水的量。通过那个特定杂质的分压来控制多种杂质的水溶解度。如果溶液为理想溶液且各杂质的浓度低，那么溶解度将与分压成正比。因此，如果压力加倍，则溶解度也加倍。因此，当水溶解度增加时，由于压力增加，水含量可以成正比地减少，以得到相同的纯度。在又一个实施方式中，液化的二氧化碳可以通过与较暖的冷却剂接触来再蒸发，较暖的冷却剂例如取自酿造厂的盐水。这种再蒸发的二氧化碳然后可以被用于例如灌瓶生产线中。由此，冷却剂的温度从例如_5°C降低到-8°C。在特别优选的实施方式中，这种冷却的盐水可以被用作冷凝步骤中的冷却剂，因此，冷却剂的温度通常将升高到盐水的起始温度，且又可以原样用于酿造厂中。因此，关于冷凝和再蒸发的能量，系统是无作用的，解决了现有技术中的很多问题。压缩所需要的能量可以通过插入几个连续的压缩步骤例如2个或3个来优化。从兼具安装和操作的角度，2个或3个压缩步骤是目前优选作为最经济的数目。最后，在将冷凝的且蒸馏的二氧化碳转移到储罐时，其中二氧化碳通常在低于冷凝压力的压力下，通常在工业中标准的约16巴的压力下储存，由于这种压力差(如果从例如35巴减压)，将形成20%的气体二氧化碳。这种气体二氧化碳可以被直接转移到发酵厂、酿造厂和/或灌瓶车间，作为覆盖气体或被用于使饮料优选啤酒充入二氧化碳的瓶或罐中。当形成的气体二氧化碳被直接转移到酿造厂时，将额外地减少整个方法的能量消耗，且在压力从约35巴减少到16巴的特定实施方式中，减少额外的多达约10%的能量消耗。可以提供用于控制二氧化碳的方式，用于保证过量的气体二氧化碳在进入发酵厂、酿造厂和/或灌瓶车间之前具有所需要的纯度。在另外的实施方式中，当被转移到储罐时，形成的气体二氧化碳被返回到至少一个压缩机中，且经受另外的净化步骤。可选择地，过量的气体经过调整处理(conditioned)，且再蒸馏或冷凝然后转移到储罐中。在特定的实施方式中，这种冷凝用包含作为冷却剂的乙二醇的盐水或通过使用再蒸发液体二氧化碳的冷却能来进行。吸收可以在高压水洗涤器或二氧化碳洗涤器中进行。当使用高压水洗涤器时，与在常用于工业内的低压即接近环境压力下的水洗涤相比，显著减少了待使用的水量。当压力加倍时，水消耗量通常可以减半。此外，在例如过滤器及其再生中的随后的脱水步骤将需要较少的用于再生的二氧化碳，通常大约从3%到小于I. 5%，且因此，整体收率增加。当吸收剂为水时，方法还优选地包括用于除水的脱水步骤，水可以造成进一步的下游形成冰和气体水合物的问题，下游比如在冷凝器或蒸馏塔系统中。在目前优选的实施方式中，吸收步骤为二氧化碳洗涤器步骤。当使用二氧化碳洗涤器时，相对于水洗涤器的使用，二氧化碳的收率将增加，因为当水被用作吸收剂时，二氧化碳将被吸收在水中，导致二氧化碳的损失。此外，当二氧化碳洗涤器包括结合的脱水方式比如来自发酵过程的乙醇时，将在二氧化碳洗涤器步骤的期间除去水。因此，不需要干燥的过滤器，因为任何存在的水将在二氧化碳洗涤器中被除去。因此，还避免了过滤器的再生，导致较高的收率，过滤器的再生通常消耗约3%的二氧化碳流。使用二氧化碳洗涤器的另一个益处为，整个净化所需要的部件较少，节约了安装成本。整个方法中的较少部件也指压降较不明显，且因此需要较少的能量来维持系统中的压力。在另一个优选的实施方式中，至少一个压缩机为润滑的压缩机比如油或水润滑的压缩机，更具体地为油润滑螺杆式压缩机。上述的压缩机没有那么昂贵，易于调整容量(capacity-wise)且适合方法的条件。而且，它们易于维护且非常可靠。无油润滑的活塞压缩机为压缩机的常规选择。在预期用于消耗的二氧化碳中，润滑流体比如油是极其不期望的，且在本领域中，不愿意用这些较便宜的、润滑的压缩机来取代常用的压缩机。通过在至少一个压缩步骤和吸收步骤之间插入过滤器可以解决问题。然而，产物的质量将高度地依赖于过滤器的操作，这是用于除去将不可避免地与二氧化碳流混合的润滑剂的唯一方式。然而，当吸收步骤为二氧化碳洗涤器步骤时，润滑油被从中有效地除去，且过滤器的设置可以被省略或起到用于收集待返回到压缩机中的润滑剂的额外的预防措施和/或方式的作用。这将减少所使用的润滑剂的量，且保证了产物的质量。因此，在目前的优选实施方式中，吸收剂为液体二氧化碳且至少一个压缩机为润滑的压缩机。这将节约安装成本及操作期间的成本，具有较高的收率，而不保损害纯度。现已发现，本发明的方法的特定压力实现了以下可以用通常在靠近二氧化碳流的来源处可得到的冷却流体来有效地冷凝二氧化碳。通过这些发现，在过程的上游中增加压力的另外的高费用在整个方法中被大大收回。因此，压力部分地基于可从发酵过程中得到的冷却剂的温度和离开净化步骤的贫污染物的二氧化碳流的组合物的温度。发明人还观察到，随着待冷凝的流的纯度的增加，在给定的压力下，冷却剂的温度升高是充分的。在一个优选的实施方式中，流体的温度为_5°C，且压力为至少35巴，这个组合将保证具有高纯度的高收率。
在另外的实施方式中，来自储罐的二氧化碳被再蒸发，以便用于酿造厂。再蒸发通过在用作冷凝步骤中的冷却剂之前的冷却剂或通过冷凝后的较暖的冷却剂来进行。两种选择是能量不作用的。尤其，优选的是其中冷却剂在被用于冷凝步骤之前被使用的选择，因为这将提供具有较低温度的冷却剂，较低的温度允许较低的压力和/或待冷凝的流的纯净度。
在另外的实施方式中，在冷凝步骤d)后，压力降低，且步骤e)的蒸馏在降低了的压力下进行。这个实施方式具有益处待用于冷凝二氧化碳所需要的冷却剂较少。相反，可以使用空气或水来在本方法中的上游冷却流。优选的是，发生蒸馏的降低了的压力是用于储存二氧化碳的工业标准，其通常为约15-18巴，优选地16巴。
在又一实施方式中，方法还包括使在步骤d)中得到的气体流经受结合冷凝与再蒸发的步骤的步骤f)，其中再蒸发在低于步骤d)中得到的气体流的压力的压力下进行，优选工业中用于储存二氧化碳所采用的标准压力，比如约15-18巴，优选约16巴。在这个实施方式中，以其它方式被排出的净化气体的体积显著减少。因此，二氧化碳的总收率增加。 通常通过插入阀来释放压力。
在第一方面的方面或实施方式中，提供用于再蒸发例如通过前述方法得到的液体二氧化碳以提供用于需要气体二氧化碳的生产中的气体二氧化碳流的方法，该方法包括以下步骤a)提供例如来自选自储罐、来自蒸馏装置的蒸馏的二氧化碳或来自冷凝装置的冷凝的二氧化碳的液体二氧化碳；b)在热交换装置中使液体二氧化碳蒸发以提供热气体二氧化碳流；c)使热气体二氧化碳流膨胀以提供膨胀的热气体二氧化碳流；及(1)加热膨胀的热气体二氧化碳流以提供用于需要气体二氧化碳的生产中的气体二氧化碳流。这种方法是用于任何合适目的的再蒸发液体二氧化碳的节约功率的方式。
将通过下文所描述的详细实施方式，进一步阐述效果和益处。这些是阐述性的，且本发明应不仅限于这些。
附图
描述
图I是根据本发明的方法的实施方式的详细概述。
图2是根据本发明的方法的实施方式的详细概述。
图3是图I和图2的实施方式的简化的示意性概述。
图4是根据本发明的方法的局部视图，其中在高压下进行蒸馏。
图5是根据本发明的方法的局部视图，其中在工业标准压力下进行蒸馏。
图6是用于再蒸发液体二氧化碳的特定实施方式。
发明详述
基于阐述的目的，将在本发明的详细描述和附图中所提及的部件和流总结在下面。
泡沫收集器AO ;第一压缩机Al_l、第二压缩机Al_2和第三压缩机Al_3 ;分尚器 A2 ;净化装置/吸收器A3 ;冷凝器A4 ;蒸馏装置A5 ;分离器A6 ;储罐A7 ;再沸器AS ;过滤器A9 ;二氧化碳洗涤再沸器AlO和A10_l ;过冷器All ;第二过冷器All_l ;第二再沸器A12 ;第二冷凝器A13 ;_A14 ;第一热交换装置A15 ;膨胀器A16 ;第二热交换装置A17，及热交换装置 A18。
显示在图中且在下文描述的流是如下；
发酵气体101 ;消泡的气体流102 ;第一压缩气体流103、第二压缩气体流104和第三压缩气体流106 ;压缩的再沸气体107 ;富二氧化碳/贫污染物的气体流108 ;过滤的流109 ;净化气体110 ;吸收剂流111 ;冷凝物111_1 ;冷凝的过冷流111_2 ;冷的过冷高压 111_3 ;减压流111_4 ;净化的二氧化碳111_5 ;较冷的流(cooler stream) 111_5_1 ;产物流 111_5_2 ;再蒸发的流111_6 ;来自蒸馏塔的液体二氧化碳/液化的二氧化碳112 ;液化的二氧化碳流的一部分112_1 ;蒸发的二氧化碳112_2 ;闪蒸气体113 ;减压液体114 ;储存的产物流116 ;热产物流117 ;最后的净化流(final purgestream) 118 ;膨胀的产物流119 ;气体二氧化碳流120 ;冷凝的杂质203 ;富废污染物的流204 ;富废污染物的流206 ;再沸的气体流207 ;洗涤器液体二氧化碳流208 ;冷却剂301、401 ;暖的冷却剂302、501 ;及冷却的冷却剂 402。
另外的流出现在图I中。技术人员将容易地知道这些流的性质且不需要进一步详述。
现在参考图I和图3，将更详细地描述本发明。
方法中的起始气体是发酵气体101，发酵气体101在被进一步处理之前可以在泡沫收集器AO中被消泡。消泡是任选的，且必要性取决于进入气体的性质，例如发酵罐的操作。使消泡的气体流102经历第一压缩机Al_l中的第一压缩步骤。压缩步骤的数目可以为I及I以上的任意数值。操作成本随压缩机的数目而减少；然而，这应与获得压缩机的成本相平衡。在这个上下文中，最经济的数目是3个，如在图I和图3中所示例的。压缩步骤分别提供压缩气体流103、104和106。在压缩机之间，流可以经历适当的热交换。
在所示的实施方式中，分离器A2被插入在第三压缩机Al_3之前。这起到从二氧化碳气体中除去主要为水的冷凝的杂质203的作用。通常，分离器可以被插入在任意的压缩步骤之间，确定哪里将需要分离器在本领域的技术之内。在所示的实施方式中，在进入净化蒸馏塔A3之前，压缩气体106被按路径送到再沸器AS中。参考图I，热气体流106然后被用于使来自蒸馏塔A5的液化的二氧化碳流112_1的一部分蒸发，以得到蒸发的二氧化碳 112_2，从而促进蒸馏过程。也可以使用其它能量来源。
如前所述的，由于方法和储罐之间的压力差，约15-30%的液体二氧化碳将在某一时刻形成闪蒸气体。这种闪蒸气体可以被用于蒸馏塔中，而不是通过例如再沸器AS所生成的气体。
所使用的至少一个压缩机Al_l等可以是任意合适的压缩机。优选的是，至少一个压缩机被润滑，更具体是油润滑螺杆式压缩机，因为这将节约资金和操作成本。当这样的压缩机被使用时，优选的是，在吸收步骤之前，尤其当用于吸收步骤c)中的吸收剂为水时，使用过滤器(未显示)。如图I的实施方式中所示的，当二氧化碳是吸收剂111时，将除去残油，且过滤器的存在将作为额外的预防措施，以及作为用于回收油且使油再循环到压缩机的方式。
压缩的再沸气体107进入吸收塔A3，优选地在其底部部分。所示的净化塔为二氧化碳洗涤器，所述洗涤器还被公开在通过引用并入本文的同时待审的专利申请 W02009/127217和PCT/DK2010/050146中。因此，在所示的实施方式中，吸收塔系统包括洗涤器A3和任选的CO2洗涤再沸器AlO。通过使洗涤器液体二氧化碳流208和206再次沸腾， 再沸器AlO起到使富废污染物的流204最少的作用，以提供在塔中被再次净化的再沸的气体流207。
净化塔中的吸收剂为液体二氧化碳，优选地取自方法的进一步的下游。在阐述的实施方式中，吸收剂为在减压之前的最后蒸馏后取得的流111。
还设想可以根据PCT/DK2010/0501746所提供的解决方案改进二氧化碳洗涤器， 其中，在净化塔中净化压缩的进料流而提供至少富污染物的液体流和贫污染物的气体流， 且使富污染物的液体流再沸腾而提供气体流且将气体流供给到净化塔。在富污染物的液体流和贫污染物的气体流进入再沸器之前在这些流之间提供压力差，使得PP贫更具体地，这是通过以下来得到的使压缩流在塔中经历a)吸收步骤而提供离开塔的顶部部分的贫污染物的气体流和任选地离开塔的底部部分的富污染物的液体流，且其中离开塔的顶部部分的贫污染物的气体流另外经受选自以下的步骤
I bl)压缩贫污染物的气体流，提供了压缩气体流；cl)在再沸器中冷却压缩气体，提供了气体流以及待冷凝和蒸馏的至少一种产物流；及(11)在塔的底部部分将气体流供给到净化塔中；且
2 b2)在再沸器中冷却贫污染物的气体流，提供了气体流及待进一步冷凝和蒸馏的至少一种产物流 '及c2)压缩气体流，提供了冷却的压缩气体流；d2)在塔的底部部分将冷却的压缩气体流供给到塔中；及使离开塔的底部部分的富污染物的液体流在进入再沸器之前减压。在特定的实施方式中，减压是通过阀来实现的。
如果需要，二氧化碳洗涤器可以包括结合的水抑制剂或清除剂。当起始气体源自发酵过程时，气体将很可能包含乙醇，其可以起到水抑制剂的作用。
当流包含很多污染物时，为了使富废污染物的流204最少，根据PCT/ DK2010/0501746的这种改进是特别优选的。这保证了高的纯度及高的收率。
吸收步骤后，在过滤器A9中过滤富二氧化碳的/贫污染物的气体流108，过滤器可以为机械过滤器、活性炭过滤器或其它类型的吸附剂，在合适的情况下，除去例如微量的 H2S0过滤器是任选的。
在冷凝器A4中冷凝过滤的流109。冷凝器可以被结合在蒸馏塔A5中，如图I所示例的。还设想装置是独立的，如图2、图3和图5所阐述的。通过冷却剂301来进行冷凝，提供较暖的冷却剂302。冷却剂是具有足以在预期的高压力下冷凝二氧化碳的冷却效果的任何流体。特别优选的是存在于酿造厂或灌瓶车间的冷却剂，例如用于例如冷却发酵罐的通常具有在_5°C和+5°C之间的温度，比如_2°C或_3°C的盐水。因此，冷凝是在没有任何外部能源供应的情况下或在厂中没有添加另外的装置的情况下实现的。在特别优选的实施方式中(未显示)，液化的二氧化碳取自储罐A7且用进入的冷却剂301被再蒸发。在这个实施方式中，液化的二氧化碳优选地取自储罐，且在进入冷凝器A4之前，通过蒸发二氧化碳，将冷却剂冷却到较低的温度。在离开冷凝器A4之后，较暖的冷却剂302的温度能够被恢复到如起始供应的温度。因此，冷凝过程完全是能量不作用的，这在经济上极大地超过了现有技术。
冷凝后，冷凝物Illj被蒸馏，以进一步净化二氧化碳，其提供液化的二氧化碳流 112，设想气体二氧化碳产生自蒸馏装置，至即如将出现在图I-图3中的冷凝装置。当液体二氧化碳被用作吸收步骤中的吸收剂时，液化的二氧化碳流112的一部分可以被当做吸收剂 111。
在图2中，显示了根据本发明的方法的另一个实施方式。图I和图3的参考标记也适用于图2。在图5中详细说明了图2的实施方式中的下游过程。因此，参考图I、图3 两者及图5。C02洗涤再沸器A10_l的变体显示在图2中。在这个实施方式中，C02洗涤再沸器A10_l被连接到进入吸收塔A3之前离开最后的压缩装置的流。
在图4所示的实施方式中，图4是图I所示的实施方式的下游过程的详细视图，使液化的二氧化碳流112减压，由此产生一定量的闪蒸气体。在液化之前，流通过过冷器All 和All_l被任选地过冷一次或两次(未显示)，过冷器可以通过盐水或二氧化碳或两者来驱动，对于被冷却的特定的流来说，任何一个都是合适的。闪蒸气体的比例取决于压力差。 在其中压力从35巴减少到16巴的特定的实施方式中，16巴是用于二氧化碳储罐的工业标准，闪蒸气体的量为整个流的20%。液体和气体在分离器A6中分离，提供用于存储在储罐 A7中的减压液体114。分离器A6例如闪蒸塔也提供闪蒸气体113。在所示的实施方式中， 这种闪蒸气体113被返回到最后的压缩步骤之前的位置，用于再次净化。可选择地，另外的压缩机可以存在于分离器A6和冷凝器A4之间，因此闪蒸气体113可以被再次冷凝且蒸馏。
在图5所示的实施方式中，在蒸馏之前，使冷凝物111_1减压。在所示的实施方式中，冷凝物111_1可以具有47巴的压力。在优选的实施方式中，冷凝物111_1可以通过过冷器All_l。添加过冷器的目的是使循环到压缩和净化步骤的闪蒸气体113的量最少。因此，过冷减少了整体的能量消耗。出于技术原因，为保护装置也可以添加过冷，比如如果水存在于图I的压缩气体流104中时，避免冻结。
在任选的过冷之后，冷凝的过冷流111_2通过第二再沸器A12，提供冷的过冷高压流111_3。然后，降低流111_3的压力，例如从47巴减少到16巴，以使流111_4减压，因此使大量的流蒸发且提供闪蒸气体，闪蒸气体可用于蒸馏塔A5中的蒸馏步骤e)中。
在饱和的流(即+12°C)中，当压力降低时，约30%的进入流将蒸发形成闪蒸气体。当冷凝的过冷流111_2被过冷到+1°C时，部分将为约20 %，如果进一步过冷到-11°C， 部分将为约12%。
在这个设置中，压力降低导致形成闪蒸气体，闪蒸气体可以被用于最后的蒸馏步骤(步骤e)中。
首先，冷凝的过冷流111_2进入再沸器A12。在所示的实施方式中，这种冷凝的过冷流111_2比处于较低压力下的进入的较冷的流111_5_1暖，通常液体二氧化碳取自蒸馏塔A5的底部部分。冷凝的过冷流111_2的热被转移到较冷的流111_5_1，以提供再次进入蒸馏塔的再蒸发的流111_6。然后，现在较冷的过冷高压流111_3经历压力降低，因此提供甚至更冷的混合相减压流111_4。减压流111_4进入蒸馏塔A5，其中通过逆流再蒸发的气体流111_6净化液体部分而提供净化的液体二氧化碳111_5。净化的液体二氧化碳111_5 被分成两个部分(较冷的流)和111_5_2(产物)，其中111_5_1被供给到再沸器 A12且111_5_2为产物。
因此，蒸馏步骤是能量无作用的，因为不需要外部供应的热或低温。
与图4所示的实施方式相比，不需要将源自如图3(及图I和图2)所示的过程的上游的热供应到再沸器AS中。
相反，在图5所示的实施方式中，其可以是有益的在最后的压缩机Al_3后的位置处，通过热交换器A18包括额外的热交换步骤，以提取来自系统的热。在液化二氧化碳的冷凝器A4中，这将使方法的进一步的下游中所使用的盐水的量最少。
通过使用冷却水或空气的热交换器来实现这种热提取。当在压缩步骤b)之后插入热交换器时，这个实施方式使用了比图I的实施方式少的功率，因为流106通过例如空气或非盐水的冷却水来冷却。
在另外的优选实施方式(显示在图4和图5两者中)中，结合再蒸发步骤的第二热交换步骤被插入在冷凝步骤d)之后。这个实施方式分别在图4和图5的高压和低压蒸馏实施方式两者中是有益的。
在这个特定的实施方式中，离开冷凝器A4的净化气体110 (气体二氧化碳流)被通向用阀A14或类似方式连接至回路的第二冷凝器A13，用于降低净化气体110的压力，例如类似于关于图5所阐述的实施方式所描述的减压，从47巴到16巴。这种减压还产生包含多达30%闪蒸气体的混合相流。压力降低引起约30%的温度降低，在这个实施方式中， 由于不可凝气体的含量，温度从_34°C降低到-44°C。
被冷却到_44°C的流引起较少的二氧化碳存在于最后的净化流118中。因此，插入来自第一冷凝步骤d)的净化气体110的这个额外的冷凝步骤的结果为，与最后的净化流118 —起丢弃的二氧化碳的量被显著减少，即关于所阐述的实施例的从1300kg/h减少到 190kg/h。因此，二氧化碳的整体收率增加。
在优选的实施方式中，还设想闪蒸气体113被直接用于酿造厂生产线中，作为覆盖气体或用于使饮料充入二氧化碳。
最后，设想利用液体二氧化碳的再蒸发实现的冷却来冷凝气体。
所储存的液化的二氧化碳可以作为如储存的流116取自储罐且再蒸发以便用于酿造厂。对于再蒸发，如上文所示的，在进入冷凝器A4之前，优选地使用冷却剂301。
还设想热交换器、泵、阀等存在于合适的位置，以便在整个方法中开始且维持期望的压力、温度和其它参数。这样的设置在本领域的技术之内。
现在参考图6，将更详细地描述本发明的另一个特定的方面和实施方式。
在使酿造厂中的饮料充入二氧化碳的时候，液化的二氧化碳可以取自储罐A7或作为例如闪蒸气体113直接来自蒸馏步骤e)。
在实施方式中，通过第一热交换装置A15，优选蒸发器的使用，通过使液化的二氧化碳流116与冷却剂401例如取自酿造厂的盐水接触，来自罐或蒸馏塔的具有通常在-30°C _20°C范围内的温度和通常在10-55巴范围内的压力的液化的二氧化碳将被再蒸发。
因此，冷却剂401的温度从例如_5°C降低到-8V，且离开第一热交换装置A5的热产物流117的温度可以升高到例如_6°C。25°C的温度可以通过两个或更多个热交换步骤来得到，其中第二步骤和额外的步骤通常不是通过使用盐水而是水、空气或任何其它较暖的介质(未显示)来实现的。在特别优选的实施方式中，得到的冷却剂402被用作冷却剂 (图I的方法中的301，作为图I的冷凝装置A4)，因此，冷却剂的温度通常将升高到盐水的起始温度即_5°C，且又可以原样用于酿造厂中。
此外，使现在较暖的热气体产物流117通过膨胀器A16膨胀。膨胀的产物流119 的温度和压力可以分别为_55°C到-20°C和5-7巴。通过第二热交换装置A17的使用，加热膨胀的产物流119。
在特定的实施方式中，在第二热交换装置A17中，加热是通过使用较暖的冷却剂 501比如图I的较暖的冷却剂302来实施的。因此，较暖的冷却剂302/501可以具有与用于第一热交换装置A15的冷却剂、离开冷凝器A4的较暖的冷却剂(图I的302)相同的来源， 或可以直接取自冷却剂储罐(未显示)。膨胀和各自的加热步骤可以以一个或多个步骤进行。
得到的冷却能可以被用于例如冷凝器A4中。
离开第二热交换装置A17的气体二氧化碳流120可以具有约5_25°C的温度和1_6 巴的压力，且可以原样被用于酿酒厂/灌瓶车间等中。
通过第一和第二热交换装置(A15和A17)的使用，每吨二氧化碳可以回收 90-115kWh的冷能。而且，通过膨胀器A16的使用，与使用阀和热交换器的传统方法相比，可以额外地回收10-20kW的功率。在酿造厂中或其它地方中，回收的功率可以被用于二氧化碳回收方法中的别的压缩功中。
还设想这个后一方面和/或实施方式在任意场所中被实施，其中液化的二氧化碳被再蒸发以便使用，且其不应被限制到本发明的方法中。
权利要求
1.一种用于从源自发酵过程或灌瓶生产线的气体二氧化碳流中回收二氧化碳的方法，所述方法包括以下步骤 a)提供源自所述发酵过程或灌瓶生产线的所述二氧化碳流； b)通过至少一个压缩步骤压缩所提供的二氧化碳流，提供了压缩气体流； c)使所述压缩气体流经受吸收步骤，提供了至少富二氧化碳的气体流； d)在冷凝器中冷凝所述富二氧化碳的气体流，提供了至少冷凝物和净化气体； e)蒸馏所述液体二氧化碳流以提供净化的二氧化碳， 其中，步骤b)中得到的所述压缩气体流的压力为至少30巴，温度在其中基本上不存在二氧化碳的冷凝且所述压力被保持到至少步骤d)的范围之内。
2.根据权利要求I所述的方法，其中步骤c)中的吸收剂为水或液体二氧化碳，优选液体二氧化碳。
3.根据权利要求I或2所述的方法，还包括将冷凝的、蒸馏的二氧化碳转移到具有低于步骤d)的冷凝压力的压力的储罐中的步骤，由此除了所述液体二氧化碳以外还形成气体流，且其中所述气体流被进一步处理。
4.根据权利要求3所述的方法，其中所述进一步处理选自作为产品转移到饮料生产厂，冷凝且转移到储罐中，和供给到所述压缩步骤b)或所述蒸馏步骤e)中。
5.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其中步骤d)的所述冷凝通过用于所述发酵过程的冷却剂比如包含乙二醇或盐的盐水来进行。
6.根据权利要求3和权利要求5所述的方法，其中所述冷凝的、蒸馏的二氧化碳通过冷却剂被再蒸发，优选地通过所述冷凝步骤d)之前的所述冷却剂。
7.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其中所述至少一个压缩步骤通过润滑的压缩机来进行，更优选油润滑螺杆式压缩机。
8.根据权利要求7所述的方法，其中步骤c)中的吸收剂为液体二氧化碳。
9.根据前述权利要求中任一项所述的方法，包括2个或3个压缩步骤。
10.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其中在步骤d)的所述冷凝之前，过滤所述压缩气体流，优选地通过机械过滤器和/或吸附式过滤器。
11.根据权利要求1-2和权利要求4-10中任一项所述的方法，其中在所述冷凝步骤d)后，压力被降低，且步骤e)的所述蒸馏在降低了的压力下进行。
12.根据权利要求11所述的方法，其中所述降低了的压力是工业中用于储存二氧化碳所采用的标准压力，比如约15-18巴，优选约16巴。
13.根据前述权利要求中任一项所述的方法，还包括使在步骤d)中得到的所述净化气体经受结合冷凝与再蒸发的步骤的步骤f)，其中所述再蒸发在低于步骤d)中得到的所述净化气体的压力的压力下进行，优选工业中用于储存二氧化碳所采用的标准压力，比如约15-18巴,优选约16巴。
14.根据权利要求13所述的方法，其中通过阀使压力降低。
15.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其中所述蒸馏的二氧化碳被储存在二氧化碳储te中。
16.一种用于再蒸发液体二氧化碳以提供用于需要气体二氧化碳的生产中的气体二氧化碳流的方法，所述液体二氧化碳例如通过前述权利要求中任一项所述的方法得到的液体二氧化碳，所述方法包括以下步骤 a)提供例如来自选自储罐、来自蒸馏装置的蒸馏的二氧化碳或来自冷凝装置的冷凝的二氧化碳的液体二氧化碳； b)在热交换装置中蒸发所述液体二氧化碳以提供热气体二氧化碳流； c)使所述热气体二氧化碳流膨胀以提供膨胀的热气体二氧化碳流；且 d)加热所述膨胀的热气体二氧化碳流以提供用于需要气体二氧化碳的生产中的气体二氧化碳流。
17.根据权利要求16所述的方法，其中由所述膨胀产生的低温被回收和/或通过所述膨胀器产生电功或机械功。
全文摘要
本发明涉及一种用于通过压缩、吸收、冷凝和蒸馏从源自发酵过程的气体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巴的高压下进行。
文档编号B01D53/78GK102985160SQ201180032859
公开日2013年3月20日 申请日期2011年7月1日 优先权日2010年7月2日
发明者R·芬德, J·F·保森 申请人:由宁工程有限公司