啤酒发酵中二氧化碳回收技术及应用实践分析

韦世哲

【摘 要】中国啤酒行业一直存在着综合能耗大、 生产成本高、吨酒利润低的问题。其中二氧化碳作为主要副产物，是-种啤酒生产过程中重要的原料，在啤酒发酵过程中会产生大量的二氧化碳，同时在啤酒成产中又会需要大量的二氧化碳做为原料，因此对其回收利用能大幅降低生产成本。本文结合工作的啤酒企业实践经验，简要介绍了二氧化碳的回收技术，再提出关键成功和改进的措施。

【关键词】二氧化碳;回收技术;改进

1 引言

众所周知，我国啤酒行业发展速度迅速，总产量已连续多年稳居世界第一，2006年达到3150万吨，成为全球名副其实的啤酒大国。随着人们对啤酒质量的要求不断提高，二氧化碳在啤酒生产企业中的使用量也在不断增大，同时二氧化碳的采购成本较高，因而越来越多啤酒生产企业都利用二氧化碳回收装置对发酵所产生的二氧化碳进行回收来满足自身生产的需要。二氧化碳是一种啤酒生产过程中重要的原料，在啤酒发酵过程中会产生大量的二氧化碳同时在啤酒成产中又会需要大量的二氧化碳为原料。作为啤酒厂二氧化碳的回收和使用平衡问题是做好节约能源和循环经济工作的重要部分。目前国内大部分啤酒企业二氧化碳回收率低、回收使用不平衡导致在啤酒发酵过程中大量的高纯度的二氧化碳气体白白的排放到大气中，不但造成了能源浪费而且给环境带来了污染，同时啤酒生产中需要购买大量的二氧化碳为啤酒生产的原材料造成了生产成本增加。所以研究啤酒厂二氧化碳回收和使用的平衡是十分必要的。二氧化碳同时又是一种制冷剂，编号为R744二氧化碳作为制冷剂对臭氧层破坏较小，对环境的负荷是微不足道的，是一种优质、高效、环保的制冷剂。目前在商业冷冻、汽车、家庭正在逐步得到推广应用。

2 二氧化碳回收技术

传统的二氧化碳回收工艺包括二氧化碳压缩单元、干燥单元、除臭单元、汽化单元等下面简单叙述一下：

2.1二氧化碳压缩单元

主要是二氧化碳回收系统的压缩机将气袋中的二氧化碳气体进行压缩成高压气体。其工作原理：往复活塞式压缩机工作原理：属于容积式压缩机，使一-定容积的气体顺序地吸入和排出封闭空间提高静压力的压缩机。曲轴带动连杆，连杆带动活塞，活塞做上下运动。活塞运动使气缸内的容积发生变化，当活塞向下运动的时候，汽缸容积增大，进气阀打开，排气阀关闭，气体被吸进来，完成进气过程当活塞向，上运动的时候，气缸容积减小，排气阀打开，进气阀关闭，完成压缩过程。

2.2高级样化技术

啤酒中二氧化碳回收高级氧化技术又称深度氧化技术，其基础在于运用电、光辐照、催化剂，有时还与氧化剂结合，在反应中产生活性极强的自由基（如HO·），再通过自由基与有机化合物之间的加合、取代、电子转移、断键等，使水体中的大分子难降解有机物氧化降解成低毒或无毒的小分子物质，甚至直接降解成为CO2和H2O，接近完全矿化目前的高级氧化技术主要包括化学氧化法、电化学氧化法、湿式氧化法、超临界水氧化法和光催化氧化法等。第一种，化学氧化技术，化学氧化技术常用于生物处理的前处理。一般是在催化剂作用下，用化学氧化剂去处理有机废水以提高其可生化性，或直接氧化降解废水中有机物使之稳定化。第二种，电化学催化氧化法，该技术起源于20世纪40年代，有应用范围广、降解效率高、能量要求简单、利于实现自动化操作，应用方式灵活多样等优点。电化学催化氧化法既可用于难降解废水的前处理措施来提高可生物降解性能，又可以作为难降解酚类废水的深度处理技术，在优化的pH值、温度和电流强度条件下，苯酚可以得到几乎完全的分解。针对高浓度、难降解、有毒有害的含酚废水，传统生物法和物化法已经失去了其优势，化学氧化法又因其昂贵的费用阻碍了其推广应用，电化学催化氧化法越来越受到人们的青睐，但其自身也存在一些问题，如电耗，电极材料多为贵金属，成本较高及存在阳极腐蚀，指导其推广应用的微观动力学和热力学研究尚不完善等。第三种，湿式氧化技术。湿式氧化，又称湿式燃烧，是处理高浓度有机废水的一种行之有效的方法，其基本原理是在高温高压的条件下通入空气，使废水中的有机污染物被氧化，按处理过程有无催化剂可将其分为湿式空气氧化和湿式空气催化氧化两类.

2.3超声波氧化法

声化学的发展使人们越来越关注其在水及废水处理中的应用。超声波氧化（ultrasonic oxidation）的动力来源是声空化，当足够强度的超声波（15 kHz —20 MHz）通过水溶液，在声波负压半周期，声压幅值超过液体内部静压，液体中的空化核迅速膨胀;在声波正压半周期，气泡又因绝热压缩而破裂，持续时间约0.1μs。破裂瞬间产生约5000 K和100 MPa的局部高温高压环境，并产生速率为110 m/s 的强冲击微射流。

3 啤酒发酵二氧化碳回收技术流程中发现及改进要点

3.1二氧化碳回收技术工艺新应用概念

由以上介绍可知，CO2回收工艺技术新技术与传统的工艺在节能、效率、质量都有了改进。如干燥、除臭单元的再生使用压缩空气吹冷技术不但效果良好而且节约大量的CO2消耗成本和排放;压缩单元采用无油润滑压缩机保证了二氧化质量;汽化单元采用冷量回收技术即节约了蒸汽消耗又回收利用了液态二氧化的冷量;提纯装置技术保证了二氧化高纯度又可以在用气均匀时采用直接供气技术节约了一部分二氧化不需冷凝直接供用气终端，从而节约用电消耗。

3.2回收方面问题

第一，旺季时储罐不够，导致回收量与回收能力不匹配。如果在回收不及时只能排空浪费。可以考虑在保证二氧化碳站有一定储备的情况下尽可能的外供，或者通过技改增加储罐，增大回收能力。汽化器消耗蒸汽过大需要改造。除臭器再生时使用二氧化碳吹冷是一种极大的浪费，可改用压缩空气吹冷不但不影响工艺和二氧化碳纯度而且效果很好，这样就能节约大量的二氧化碳消耗。

第二，使用方面存在的问题有：a、外供分装公司的使用量（吨酒消耗）相对总部的吨酒耗量大。b、终端流量计没有定期校验，只在出现偏差较大时才校验。发酵终端使用无指标，这样就造成发酵终端需要多少量二氧化碳，供出方二氧化碳站就必须提供多少量二氧化碳，在贮备不足时，只能外购以满足生产需要。

d、清酒罐，浊酒罐在进入酒体时，被置换出来的二氧化碳没有回收只能排空，造成大量的浪费。e、雪堡发酵液在2009年以前一直使用二氧化碳加压出罐，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费，也造成了碱耗的增加以及罐的周轉时间的延长。

4 关键键发现和需要改进的措施

4.1关键发现

一是流量计误差有时偏大，导致回收和使用数据偏差大。二是回收系统的汽化器消耗蒸汽过大，且液态的CO2冷量没有回收造成浪费。三是生产旺季时发酵车间和包装厂消耗CO2量大，将CO2进行冷凝后在汽化是一种浪费。四是发酵车间用于罐体加压，补压，备压用CO2量超过车间使用总量的50%以上。控制好这部分的使用量是降低车间用量，实现CO2平衡的关键。五是除臭器再生吹冷可改用压缩空气替代CO2。

4.2关键成功因素

加强对终端流量的校验，对发酵终端使用量制定考核指标，安装流量计对终端使用量较大的点进行监控，提高CO2存储能力，以解决啤酒生产旺季CO2储存能力不足和啤酒生产负荷不稳定时CO2供需不平衡的矛盾。改造CO2回收系统的汽化系统不但节约蒸汽使用而且可以将液态的CO2冷量回收用于糖化制冰水系统。

改造在生产旺季发酵和包装厂消耗量大时进行直接供应气态CO2可以直接停掉冷机或者少开冷机。