Назад, на главную страницу

 

 

ПРОИЗВОДСТВО ЖИДКОЙ УГЛЕКИСЛОТЫ CO2 ИЗ ГАЗОВ БРОЖЕНИЯ

 

 

ПРОИЗВОДСТВО ЖИДКОГО И ТВЕРДОГО ДИОКСИДА УГЛЕРОДА (сухой лед)

 

В России растет спрос на сухой лед

В России растет производство собственных Азотных удобрений из углекислого газа брожения

Теоретический выход диоксида углерода при спиртовом брожении составляет 95,6 % от выхода этилового спирта. При непрерывном спиртовом брожении он может быть утилизирован на 70 %. Еще недавно диоксид углерода использовался главным образом в пищевой промышленности — в производствах безалкогольных напитков, шипучих вин, шампанского; для газирования воды. В последние годы область его применения значительно расширилась: сварочное и литейное производство, обработка металлов резанием, промышленная энергетика и др. Одновременно возросли требования к его чистоте.

Виды сырья Среднее содержание сбраживаемых углеводов Выход спирта из 1 тонны сырья Выход углекислоты из 1 тонны сырья
в дал в кг в дал в кг
Зерно 50 32,5 257,5 244,7 171
Картофель 18 11,7 92,3 88,1 62
Меласса 50 30,9 243,1 232,1 117

Производство жидкой углекислоты из газов брожения на спиртовых заводах является экономически выгодным промышленным процессом, что видно из данных таблицы

Способ производства жидкой углекислоты

Себестоимость 1 тонны жидкой углекислоты

В том числе стоимость

сырья технической переработки
Сжигание топлива      
твердого

123,4

22,0

102,4

жидкого

116,0

16,3

99,7

газа доменных печей      
Утилизация газов спиртового брожения

66,8

36,4

30,4

Себестоимость жидкой углекислоты, полученной из газов спиртового брожения, в 1,5-2 раза ниже, чем получение жидкой углекислоты на специализированных заводах из дымовых газов. Если учесть, что сырье, из которого вырабатывается жидкая углекислота на спиртовых заводах, является отходом производства, и его стоимость представляет собой условную величину, то экономическая целесообразность утилизации газов брожения станет еще более очевидной.

 

СОСТАВ ГАЗОВ СПИРТОВОГО БРОЖЕНИЯ

Содержащиеся в газах спиртового брожения воздух, водяные пары, спирты, адельгиды, органические кислоты, сложные эфиры, а иногда и сернистые соединения не только снижают качество диоксида углерода, но и отрицательно отражаются на его производстве. Так, при повышенном содержании воздуха нарушается режим работы углекислотной установки; водяные пары и сернистые соединения усиливают коррозию оборудования.

Состав примесей в диоксиде углерода зависит от температуры и крепости бражки. При их повышении и перемешивании бражки содержание этилового спирта и летучих примесей увеличивается. Групповое содержание примесей приведено в табл. 40

Таблица 40. Концентрация веществ в газах брожения различного сырья

Вещества Переработка
мелассы зерна
об. % мг/л об. % мг/л
Спирты 0,5 0,5 10 0,3 5
Альдегиды 0,06 0,06 1 0,05 Менее 1
Органические кислоты 0,02. ..0,04 0,02..0,04  0,5.. .1,0 0,02.. .0,04 0,5.. .1,0
Сложные эфиры 0,02 0,02 0,5 0,01 Менее 0,5

Следовательно, количество их не превышает 0,6 %.

 

ОЧИСТКА ДИОКСИДА УГЛЕРОДА ОТ ПРИМЕСЕЙ

Различают абсорбционные, адсорбционные и комбинированные — адсорбционно-абсорбционные методы очистки газов спиртового брожения от органических примесей.

Поскольку большинство органических примесей диоксида углерода хорошо растворимо в воде, а этиловый спирт растворяется в ней в любых соотношениях, практически все ранее применявшиеся и современные технологические схемы очистки диоксида углерода спиртового брожения предусматривают промывку его водой. Дальнейшая очистка возможна окислением растворами перманганата или бихромата калия, адсорбцией на активном угле, силикагеле и цеолите типа КаА. По эффективности очистки углекислого газа от примесей сорбенты можно расположить в следующий ряд: активный уголь>силикагель>вода>раствор перманганата калия>раствор бихромата калия>синтетический цеолит NаА (Стерлитамакский завод катализаторов, Ишимбайский завод катализаторов).

Для осушки газа используют поглощение воды концентрированной серной кислотой, хлоридом кальция, адсорбцию ее сили-кагелем, алюмогелем, а также вымораживание. Максимальное количество влаги поглощает цеолит NаА, затем следуют силикагель и активный уголь. Цеолит сохраняет эту способность в течение длительного времени, активный уголь, адсорбируя большое количество примесей, быстро насыщается и теряет способность поглощать влагу, силикагель обладает большей динамической активностью к влаге, чем активный уголь, но меньшей, чем цеолит.

В современной технологии применяют двухстадийную очистку углекислого газа. В первой стадии его подвергают адсорбционной очистке активным углем в колонках, установленных после первой ступени сжатия, во второй — адсорбционной очистке и осушке сначала в адсорбере с силикагелем, затем с целью более глубокой осушки в адсорбере с цеолитом. Вторая

стадия очистки диоксида углерода осуществляется после третьей ступени сжатия. Очистка раствором перманганата калия не предусматривается.

 

ТЕХНОЛОГИЯ ЖИДКОГО ДИОКСИДА УГЛЕРОДА

На спиртовых заводах жидкий диоксид углерода получают по принципу сжижения газа, применяя умеренный холод. Усовершенствованная технологическая схема производства представлена на рис. 129.

Из герметически закрытых бродильных аппаратов / газы брожения поступают в пеноловушку 2, а из нее — в спиртоловушку 3; промытый газ направляют в газгольдер 4. Затем газ проходит водяной скруббер 5, заполненный кольцами Рашига или коксом, в котором его промывают водой, очищают от органических примесей и охлаждают. Из скруббера газ поступает в водокольцевой компрессор 6, где он дополнительно очищается и охлаждается, и, пройдя водоотделитель 7, сжимается в первой ступени трехступенчатого компрессора 12 до давления 0,5 МПа и направляется в холодильник 14. Для очистки и осушки диоксида углерода до и после холодильника установлены маслоотделители 13.

После этого газ очищают в адсорберах 8 и 9 активным углем. Адсорберов два: один находится в работе, другой — на регенерировании. Регенерирование проводят подогретым диоксидом углерода, образующимся при дросселировании.

Из адсорберов диоксид углерода поступает во вторую ступень компрессора, где сжимается до давления 2,4...2,5 МПа, а затем через холодильник 16 и маслоотделитель 75 поступает в третью ступень компрессора. Газ, сжатый примерно до 7 МПа, проходит холодильник 18, маслоотделитель 17 и последовательно соединенные адсорберы с силикагелем 19 и 20 и цеолитом 21 и 22. В них газ окончательно очищается и осушается.

Аппаратурная технологическая схема производства жидкого диоксида углерода / углекислоты

Рис. 129. Аппаратурно-технологическая схема производства жидкого диоксида углерода | углекислоты.

Условные обозначения:

— газообразный диоксид углерода;

——— жидкий диоксид углерода;

—— переохлажденный диоксид углерода;

— •>— вода; —«— конденсат; —//— пар

 

В связи с необходимостью регенерирования адсорбентов предусмотрены четыре попарно работающих адсорбера с силикагелем и цеолитом. Для регенерирования их используют также диоксид углерода, образующийся при дросселировании в накопительном сосуде, изотермическом хранилище и в транспортном изотермическом резервуаре, который насосом 3] подают для подогрева в теплообменники 23 и 30.

В конденсаторе 35 газ, отдавая теплоту, конденсируется. Сжиженный диоксид углерода заполняет ресиверы 32 высокого давления и поступает в стальные баллоны 33, помещенные на весы 34.

По данной схеме можно производить и сжиженный переохлажденный диоксид углерода с безбалонным хранением и транспортированием. Для этого жидкий диоксид углерода подвергают дросселированию от 6,5...7 до 0,8...1,2 МПа, и он приобретает состояние эмульсии. В вихревом разделителе 24 жидкая и газообразная фазы отделяются одна от другой (газообразной фазы получается около 47 %). Жидкий диоксид углерода через окружные каналы вихревой камеры стекает в сосуд отделителя, а из него — в накопительный сосуд 26, изотермическое хранилище 29 или в транспортный изотермический резервуар 28. Газообразная фаза через центральные отверстия вихревой камеры, а затем по соответствующей коммуникации поступает в смеситель 10, где смешивается с газом, нагнетаемым первой ступенью компрессора. Давление углекислого газа определяют манометром //. Из смесителя газ поступает на вторую ступень компрессора.

Количество наполняемого в изотермическое хранилище сжиженного диоксида углерода контролируют уровнемером 27, давление — манометром 25. Максимальное наполнение изотермического хранилища составляет 85...90 % геометрического объема. Параметры жидкого диоксида углерода в изотермическом резервуаре следующие: давление 0,8...1,2 МПа, температура от —43,5 до —33,3 "С, теплота парообразования 326...309 кДж/кг, плотность ИЗО,8...1087,8 кг/м-*, энтальпия 326...346 кДж/кг, энтропия 3,83...3,92 кДж/кг.

Жидкий диоксид углерода можно направлять на производство сухого льда.

Качество жидкого диоксида углерода, получаемого из газов спиртового брожения, регламентируется ГОСТ 8050—85 (табл. 41).

41. Показатели качества диоксида углерода различного назначения

Содержание компонентов в газе Диоксид углерода
сварочный пищевой технический
Диоксид углерода, об. % не менее 99,5 98,8 98,5
Минеральные масла, мг/кг, не более 0,1  Выдерживает испытание
Сероводород Отсутствует
Сернистая и азотистая кислоты и органические соединения (спирты, эфиры, альдегиды и органические кислоты) Выдерживает испытание
 Запах и вкус Выдерживает испытание Не нормируется
Вода в баллоне, мае. %, не более Выдерживает испытание  0,1  0,1
Водяные пары при 20 °С и 101,3 кПа, г/м , не более 0,184 Не нормируется
Ароматические углеводороды (в том числе бензол) Отсутствуют

 

ТЕХНОЛОГИЯ ТВЕРДОГО ДИОКСИДА УГЛЕРОДА (ТЕХНОЛОГИЯ - СУХОЙ ЛЕД)

Получение твердого диоксида углерода основано на дросселировании жидкого. Дросселирование можно осуществлять по циклу высокого, среднего или низкого давления. Технологическая схема производства сухого льда по циклу высокого давления приведена на рис. 130.

Жидкий диоксид углерода, полученный в конденсаторе третьей ступени 2 компрессора 7 и очищенный в колонке 3, под давлением 6...7 МПа направляют в ресиверы 4, предназначенные для создания запаса жидкого диоксида углерода. Из ресиверов он поступает в двухсекционный теплообменник 15, в котором охлаждается газообразным диоксидом углерода, образующимся в первом и втором промежуточных сосудах, и дросселируется регулирующим вентилем до давления 2,4...2,8 МПа. Часть жидкого диок

сида углерода испаряется, вследствие чего температура жидкой фазы снижается до —12...—8 °С. Жидкий диоксид углерода вместе с образовавшимися при дросселировании парами направляют в первый промежуточный сосуд 5. Пары газообразного диоксида углерода из промежуточного сосуда отсасываются через первую секцию теплообменника 15 цилиндром высокого давления дополнительного компрессора 14. Уровень диоксида углерода в первом промежуточном сосуде контролируется ртутным указателем 10.

Посредством второго регулирующего вентиля давление жидкости из первого промежуточного сосуда снижается с 2,4...2,8 до 0,8 МПа и смесь паров и жидкости направляется во второй промежуточный сосуд 6. Пар и жидкость охлаждаются до —44 °С. Из второго промежуточного сосуда газообразный диоксид углерода отсасывается через вторую секцию теплообменника 15 цилиндром среднего давления компрессора 14. Уровень жидкости во втором промежуточном сосуде контролируется по световому указателю 7. Переохлажденный до —44 °С жидкий диоксид углерода поступает в поочередно заполняемые льдогенераторы 8.

После заполнения льдогенераторов медленно открывают диафрагму нижнего отсоса. Жидкий диоксид углерода при прохождении через диафрагму теряет давление и, достигнув тройной точки (0,528 МПа), постепенно переходит в твердое состояние. Кристаллы его заполняют диафрагму, а затем и полость льдогенератора. Запас твердого диоксида углерода под давлением 0,8 МПа хранится в сосуде 9, заполнение которого контролируется световым указателем уровня 7 Пары диоксида углерода, которые проходят через диафрагму льдогенератора, имеют температуру —78,9 "С. Они поступают в рубашку льдогенератора, отсасываются ступенью низкого давления компрессора 14, охлаждаются в конденсаторе 13, очищаются в батарее фильтров и маслоотделителей 11 и 12, направляются в ресиверы 4 для повторного использования.

Из льдогенератора блоки сухого льда массой 42...44 кг выгружают на тележки и транспортируют к хранилищу. Наиболее распространены хранилища шахтного типа, углубленные в землю, имеющие большое количество ячеек, отделенных одна от другой термоизолированными перегородками.

Сухой лед транспортируют в изотермических контейнерах.

На производство 1 кг сухого льда расходуется 1,6...2,0 кг жидкого диоксида углерода.

Аппаратурная технологическая схема производства твердого диоксида углерода

 

 

 

The situation concerning the carbon dioxide is the following to alcohol plant 100 000 liter per day:

 

Ситуация относительно сжижения углекислого газа - следующая для спиртового завода 10 тыс дал в суки:

 

 

If the complete CO2, formed in fermentation, would be used for liquefaction it would have a very low initial purity (88%) and therefore energy requirements for liquefying and purifying would be very high. Consequently, this option, which would give about 75 t/d of liquefied CO2, is normally not realised.

 

 

 

 The more realistic options are to collect the CO2 either from the last four fermenters or to collect the CO2 formed in the last three fermenters. In the first case about 32 t/d of liquefied CO2 could be produced. Specific energy requirements are still high because initial purity would be about 98% only. In the last case about 14 t/d of CO2 (20% of the total amount formed in fermentation) can be produced. But in this case specific energy requirements are lowest because initial purity of the gas after fermentation would be already about 99%.

 

 

 

 

 

Если весь CO2, сформированный при брожении, должен быть использован для сжижения, то необходимо понимать, что этот углекислый газ имеет низкую начальную чистоту (88%) и следовательно расход энергии на сжижение и очистку будут очень высокими. Следовательно, этот этап, который должен дать около 75 т/день сжиженного CO2, обычно не реализуется.

 

Более реалистично - собрать CO2 из последних четырех ферментеров или собирать CO2 сформированный в последних трех ферментерах. В первом случае могло бы быть произведено около 32 т/день сжиженного CO2. Специфические энергетические требования - все еще высоки, поскольку начальная чистота газа только около 98%. В последнем случае, могут быть произведены около 14 т/день CO2 (20% общей суммы сформированных в брожении). Но в этом случае, специфические энергетические требования самые низкие, поскольку начальная чистота газа после брожения должна составить  уже около 99%.

 

 

 

 

На рис. III-86 изображена схема производства жидкой углекис­лоты из газов, выделяющихся при брожении на спиртовых заводах. Углекислый газ, получающийся при брожении, из бродильных чанов / проходит через спиртоловушку 2, где улавливаются пары спирта и сопутствующие им примеси, и направляется в газгольдер 3. Отсюда углекислый газ непрерывно засасывается трехступенчатым компрес­сором 4, приводимым в действие от электродвигателя 6.

 

Рисунок. Аппаратурно-технологическая схема производства жидкого диоксида углерода на спиртовых заводах

Рис. III—86. Схема производства жидкой углекислоты.

 

В первой ступени компрессора углекислый газ сжимается до 3,5 ати; затем он охлаждается в холодильнике 8 и поступает в очистительные колонки. В колонке 6 газ подвергается очистке раствором марганцово­кислого калия; затем он проходит через колонки 7 с активированным углем. Газ проходит через одну колонку, другая колонка подготов­ляется к работе.

 

После очистительных колонок углекислый газ поступает во вторую ступень компрессора, сжимается до 18—20 ати, охлаждается в холодильние 9, проходит через маслоотделитель и направляется в третью ступень компрессора, где сжимается до 60—70 ати. Сжатый углекислый газ снова направляется в маслоотделитель; затем он проходит через фильтр // силикагелем; здесь газ осушается, окончательно освобождается от масла и направляется на сжижение в конденсатор 10.

 

Из конденсатора жидкая кислота направляется в наполнительную станцию 12 для заполнения баллонов.

 

Иногда при производстве жидкой углекислоты предусматривается предварительное сжатие углекислого газа до 1 — 1,5 ати в одноступенчатых компрессорах или в так называемых форкомпрессорах; затем углекислый газ охлаждается, проходит через маслоотделитель и поступает в трех­ступенчатый компрессор и на очистку.

 

Такое мероприятие позволяет значительно увеличить производительность трехступенчатого компрессора, сократить производственные площади и снизить расход энергии на единицу готовой продукции.

 

Производство жидкой углекислоты из газов, выделяющихся при брожении на пивоваренных заводах, также может быть организовано по описанной схеме.

 

 

 

Литература: 1. Утилизация углекислого газа. Производство собственных азотных удобрений.

Литература: 2. Производственные потери спирта с углекислотой.

Литература: 3. Получение окиси углерода в промышленности газификацией твердого топлива.

Литература: 4. Расчет трубопроводов

 

Назад, на главную страницу

 

 

 



Hosted by uCoz