Способ получения жидкого диоксида углерода из газов спиртового брожения

 

Изобретение предназначено для химической и пищевой промышленности и может быть использовано при производстве жидкого диоксида углерода на спиртовых и пивоваренных заводах. Газ, последовательно прошедший через водяной скруббер 1 и водоотделитель 3, подают в первую ступень трёхступенчатого компрессора 4, сжимают до 0,5 МПа, охлаждают водой в трубчатом охладителе 5 до 30-35^оС, направляют через масловлагоотделитель 6 в межтрубное пространство рекуперативного теплообменника 7. В трубное пространство теплообменника 7 подводят газожидкостную смесь с температурой (-43,5)-(-33,3)°С из струйного смесителя 27. Газ в межтрубном пространстве теплообменника 7 охлаждается до 0^оС, газ в трубном пространстве нагревается до (-10)-(-5)^оС, а жидкость испаряется. Конденсат отводят в сборник 8, а охлаждённый газ подают в один из заполненных активированным углем адсорберов 9 или 10. Очищенный газ под давлением 0,4 МПа направляют в приёмную камеру газоструйного смесителя 11, а к его соплу подводят газ из трубного пространства теплообменника 7, имеющий давление около 0,8 МПа. Газ с давлением 0,6 МПа, выходящий из смесителя 11, сжимают во второй ступени компрессора 4 до 2,5 МПа, охлаждают в трубчатом охладителе 12 и через масловлагоотделитель 13 направляют в третью ступень компрессора 4. Сжатый до 7 МПа газ снова охлаждают в трубчатом охладителе 14 и через масловлагоотделитель 15 направляют в один из адсорберов 16 или 17, заполненных силикагелем. Окончательную осушку газа проводят в одном из адсорберов 18 или 19 с цеолитом. Осушенный газ сжижают в конденсаторе 20. Часть сжиженного диоксида углерода отводят через ресиверы 21 в баллоны 22. Оставшуюся часть дросселируют в дросселе 24 до 0,8-1,2 МПа. В вихревом разделителе 25 разделяют образовавшуюся газожидкостную смесь. Затем жидкость направляют в изотермическое хранилище 26, газ подводят к соплу струйного смесителя 27, а часть жидкости – в его приёмную камеру с получением хладонесущей жидкости, которую направляют в трубное пространство теплообменника 7. Изобретение позволяет при охлаждении газа до 0°С снизить содержание в нем паров воды и органических примесей, повысить активность адсорбции примесей. В результате достигается более глубокая очистка газа. 1 ил.

Изобретение предназначено для использования в производстве жидкого диоксида углерода на спиртовых и пивоваренных заводах.

Известный способ получения жидкого диоксида углерода из газов спиртового брожения (прототип) заключается в следующем [1]. Из бродильных чанов газообразные продукты брожения отводят в пеноловушку, а из нее в спиртоловушку и далее в газгольдер, из которого газ направляют в водяной скруббер, заполненный кольцами Рашига или коксом, где газ промывают водой, частично очищают от органических примесей и охлаждают. Из скруббера газ направляют в водокольцевой компрессор, а затем в водоотделитель для предварительной осушки. Далее газ сжимают в первой ступени трехступенчатого компрессора до 0,5 МПа и охлаждают водой в трубчатом охладителе примерно до 30-35°С. Для очистки и осушки газа после охлаждения используют масловлагоотделитель. После этого газ очищают от органических примесей в адсорбере с активированным углем, причем используют два адсорбера: пока один из них находится в работе, другой - на регенерировании. Из адсорбера газ направляют во вторую ступень компрессора, где его сжимают до 2,5 МПа, а затем через охладитель и масловлагоотделитель газ направляют в третью ступень компрессора, в которой газ сжимают до 7 МПа, снова охлаждают и пропускают через масловлагоотделитель. Затем газ подвергают окончательной осушке в адсорберах с силикагелем и цеолитом. Сжатый, очищенный и осушенный газ направляют в конденсатор, из которого часть жидкого диоксида углерода отводят в ресиверы высокого давления, а из ресиверов заполняют баллоны и отправляют потребителям. Для получения переохлажденной жидкости ее дросселируют до давления 0,8-1,2 МПа, в результате чего образуется двухфазная смесь с температурой (-43,5)-(33,3)°С и массовым газосодержанием 30-50%. Эту смесь разделяют в вихревом разделителе.

Газ из разделителя смешивают с газом, поступающим во вторую ступень компрессора из адсорбера с активированным углем, а жидкость направляют в изотермическое (теплоизолированное) хранилище, из которого заполняют изотермические транспортные цистерны для снабжения потребителей. Периодически, по мере насыщения адсорбентов органическими примесями и влагой, проводят регенерацию адсорбентов нагретым газом, который отбирают из вихревого разделителя и изотермического хранилища.

Качество диоксида углерода регламентирует ГОСТ 8050-85. Для диоксида углерода, получаемого из газов спиртового брожения, основными контролируемыми параметрами являются содержание воды и органических примесей - спиртов, альдегидов, кислот и эфиров, обладающих неприятным запахом и вкусом. Для получения диоксида углерода высшего сорта необходима глубокая очистка от указанных примесей. В описанном способе в адсорбер с активированным углем поступает газ, насыщенный парами воды и примесей при давлении 0,5 МПа и температуре 30-35°С. Между тем известно, что концентрация насыщения газа парами, а также активность адсорбции существенно зависят от температуры - чем ниже температура, тем меньше концентрация насыщения и выше активность адсорбции [2]. Эти обстоятельства можно использовать для получения жидкого диоксида углерода более высокого качества, чем позволяет описанный способ.

Задача изобретения - повышение эффективности очистки газа.

Решение поставленной задачи достигается тем, что в способе получения жидкого диоксида углерода из газов спиртового брожения, согласно которому газ отбирают из бродильных аппаратов, предварительно очищают в пеноловушке, спиртоловушке, водяном скруббере и водоотделителе, затем сжимают в трехступенчатом компрессоре с повышением давления до 0,5, 2,5 и 7 МПа при промежуточном охлаждении и осушке газа после каждой ступени, причем после первой ступени газ очищают от органических примесей в адсорбере с активированным углем, а после третьей ступени газ осушивают в адсорберах с силикагелем и цеолитом, после чего газ сжижают в конденсаторе, частью получаемой жидкости заполняют баллоны потребителя, остальную жидкость дросселируют до 0,8-1,2 МПа, образующуюся двухфазную смесь с температурой (–43,5)-(-33,3)°С разделяют в вихревом разделителе, жидкость направляют в изотермическое хранилище, а газ возвращают во вторую ступень компрессора в смеси с газом, поступающим из адсорбера с активированным углем, при этом периодически проводят регенерацию адсорбентов нагретым газом, согласно изобретению, после первой ступени сжатия газ охлаждают до 0°С в рекуперативном теплообменнике, образующийся конденсат паров воды и органических примесей отводят в сборник, при этом в качестве хладоносителя используют газо-жидкостную смесь, которую получают с помощью струйного смесителя подводом в него газа и жидкости из вихревого разделителя, причем жидкость подают в приемную камеру смесителя и ее расход регулируют вентилем, а газ подводят в сопло смесителя.

При охлаждении углекислого газа от 35 до 0°С под давлением 0,5 МПа концентрация насыщения газа парами воды и органических продуктов спиртового брожения снижается в 8-9 раз. Вследствие конденсации паров в теплообменнике в адсорбер с активированным углем поступает осушенный газ с меньшим содержанием примесей. Кроме того, за счет снижения температуры газа повышается активность адсорбции примесей. В результате достигается более глубокая очистка газа. При использовании газо-жидкостной смеси в качестве хладоносителя содержание в ней жидкой фазы должно иметь определенное значение. Поэтому хладонесущую смесь получают с помощью струйного смесителя, в него подводят из вихревого разделителя весь газ, образующийся при дросселировании, и лишь необходимую часть жидкости, расход которой регулируют вентилем. Поскольку при прохождении вентиля давление жидкости оказывается ниже давления газа в вихревом разделителе, жидкость подводят в приемную камеру, а газ - в сопло смесителя.

Заявленный способ осуществляется с помощью установки, показанной на чертеже.

Установка содержит пеноловушку, спиртоловушку, газгольдер (не показаны), водяной скруббер 1, водокольцевой компрессор 2, водоотделитель 3, трехступенчатый компрессор 4, трубчатый охладитель 5 и масловлагоотделитель 6 за первой ступенью компрессора, рекуперативный теплообменник 7, сборник конденсата 8, адсорберы 9 и 10 с активированным углем, газоструйный смеситель 11, трубчатые охладители 12, 14 и масловлагоотделители 13, 15 за второй и третьей ступенями компрессора, адсорберы 16 и 17 с силикагелем, адсорберы 18 и 19 с цеолитом, конденсатор 20, ресиверы 27, баллоны 22, весы 23, дроссель 24, вихревой разделитель 25, изотермическое хранилище 26, струйный смеситель 27, регулирующий вентиль 28 и соединительные трубопроводы с запорной арматурой. Установка снабжена также системой регенерации адсорбентов, включающей теплообменники для нагрева газа, подводящие и отводящие трубопроводы с арматурой и контрольно-измерительными приборами (на чертеже не показаны).

Газ, поступающий из газгольдера, проходит водяной скруббер 7 и во-докольцевым компрессором 2 подается в водоотделитель 3. Далее газ направляют в первую ступень трехступенчатого компрессора 4, сжимают в ней до 0,5 МПа, охлаждают водой в трубчатом охладителе 5 до температуры 30-35°С и через масловлагоотделитель 6 направляют в межтрубное пространство рекуперативного теплообменника 7. В трубное пространство этого же теплообменника подводят газо-жидкостную смесь с температурой (–43,5)-(-33,3)°С из струйного смесителя 27. В результате теплопередачи через стенки трубок газ в межтрубном пространстве охлаждается до 0°С, а в трубном пространстве жидкая фаза смеси испаряется и газ нагревается до температуры (-10)—(-5)°С. При охлаждении газа в межтрубном пространстве содержащиеся в газе пары воды и органических примесей конденсируются. Конденсат отводят в сборник 8, а охлажденный газ направляют в один из адсорберов 9 или 10, заполненных активированным углем. В адсорбере газ очищается от органических примесей, которые не сконденсировались в теплообменнике. Из адсорбера очищенный газ, находящийся под давлением около 0,4 МПа, направляют в приемную камеру газоструйного смесителя 11, а газ из трубного пространства теплообменника, имеющий давление около 0,8 МПа, подводят к соплу смесителя. Газ, выходящий из смесителя 11 с давлением около 0,6 МПа, сжимают во второй ступени компрессора до 2,5 МПа, охлаждают водой в трубчатом охладителе 12 и через масловлагоотделитель 13 направляют в третью ступень компрессора, где газ сжимают до 7 МПа, снова охлаждают водой в трубчатом охладителе 14 и через масловлагоотделитель 15 направляют на осушку в адсорбер 16 или 17, заполненный силикагелем. Для окончательной осушки газ пропускают через адсорбер 18 или 19 с цеолитом. После этого газ сжижают в конденсаторе 20. Часть сжиженного диоксида углерода отводят в ресиверы 21, из которых заполняют баллоны 22, при этом степень заполнения баллонов контролируют с помощью весов 23. Остальную жидкость дросселируют в дросселе 24 до давления 0,8-1,2 МПа, образующуюся газо-жидкостную смесь с температурой (–43,5)-(–33,3)°С разделяют в вихревом разделителе 25, из которого жидкость направляют в изотермическое хранилище 26, а газ и часть жидкости используют для получения хладонесущей смеси с помощью струйного смесителя 27. При этом газ подводят к соплу, а жидкость - в приемную камеру смесителя, величину подачи жидкости регулируют вентилем 28. Образующуюся смесь направляют в трубное пространство теплообменника 7.

Регенерацию адсорбентов проводят нагретым углекислым газом, который отбирают из вихревого разделителя. Наличие параллельно подключенных адсорберов каждого типа позволяет проводить регенерацию без прекращения основного процесса.

Источники информации

1. Технология спирта /В.Л. Яровенко, В.А. Маринченко, В.А. Смирнов и др. /Под ред. проф. В.Л. Яровенко, М., Колос, 1999, с.320-325.

2. Курс физической химии, т. 1 / Я.И. Герасимов, В.П. Древинг, Е.Н. Еремин и др. /Под ред. проф. Я.И. Герасимова, М.: Гос.научно-техн. изд-во хим. л-ры, 1963, с.144-152, 447, 448.

Формула изобретения

Способ получения жидкого диоксида углерода из газов спиртового брожения, согласно которому газ отбирают из бродильных аппаратов, предварительно очищают в пеноловушке, спиртоловушке, водяном скруббере и водоотделителе, затем сжимают в трехступенчатом компрессоре с последовательным повышением давления до 0,5; 2,5 и 7 МПа при промежуточном охлаждении и осушке газа после каждой ступени, причем после первой ступени газ очищают от органических примесей в адсорбере с активированным углем, а после третьей ступени газ осушивают в адсорберах с силикагелем и цеолитом, после чего газ сжижают в конденсаторе, частью получаемой жидкости заполняют баллоны потребителя, остальную жидкость дросселируют до 0,8-1,2 МПа, образующуюся двухфазную смесь с температурой -43,5 - -33,3°С разделяют в вихревом разделителе, жидкость направляют в изотермическое хранилище, а газ возвращают во вторую ступень компрессора в смеси с газом, поступающим из адсорбера с активированным углем, при этом периодически проводят регенерацию адсорбентов нагретым газом, отличающийся тем, что после первой ступени сжатия газ охлаждают до 0°С в рекуперативном теплообменнике, образующийся конденсат паров воды и органических примесей отводят в сборник, при этом в качестве хладоносителя используют газожидкостную смесь, которую получают с помощью струйного смесителя подводом в него газа и жидкости из вихревого разделителя, причем жидкость подают в приемную камеру смесителя и ее расход регулируют вентилем, а газ подводят в сопло смесителя.

РИСУНКИРисунок 1