节能技术｜啤酒企业CO₂回收系统节能技术

在啤酒生产过程中，发酵罐中产生的二氧化碳（CO₂）经过除沫器、洗涤塔、压缩机、冷干机、吸附器、干燥器、再沸器、提纯塔和冷凝器等设备处理后，最终液化为高纯度的CO₂，供生产使用。传统CO₂回收系统虽然能够满足基本的生产需求，但在能耗、回收效率和设备稳定性方面存在较大缺陷。本文通过分析传统系统的不足，提出了节能技术改造方案，并通过实际案例验证了改造效果。

如图1，此工艺流程确保了CO₂高效回收和纯净度，适用于啤酒生产工艺。

图1. CO₂回收系统工艺流程

1.传统CO₂回收系统的缺陷

1.1 冷干机的缺陷

CO₂压缩机一二级冷却，采用循环水冷却，出口气体温度35-40℃，对于啤酒发酵而言，气体中的有机物成分主要是在主发酵期产生，并随CO₂进入回收系统，称之为低沸点有机物，发酵温度通常在11-13℃之间，为了提高活性炭对这些低沸点有机物的吸附效果，提高活性炭的使用寿命，需要在CO₂进入吸附塔之前，通过预冷设备，将气体温度降低到＜10℃。

如图2，传统CO₂回收系统，采用冷冻式干燥机。它是根据空气冷冻干燥原理，利用制冷设备将CO₂冷却到一定的露点温度后析出相应所含的水分，并通过排水阀将其排出，从而获得干燥的CO₂气体。

图2. CO₂回收系统现场

然而，传统冷干机技术已淘汰，存在提纯再沸器冰堵、气体含水量大等问题，且设备功率高，增加了电耗。

1.2 换热系统的缺陷

如图3，车间需要使用CO₂时，储罐的液体CO₂经传统气化器，进行换热，减压后，再供给车间。CO₂液体本是一种高品质制冷剂，每吨液体二氧化碳可以提供接近90kW的冷量，传统的回收设备，直接经过气化器，蒸发后的冷量只是用于循环水系统，是最不经济的，因循环水器获取的冷量来自自然界，消耗仅仅是水泵和风机的有限功率，它应尽可能地用于更高效率要求的节能系统。CO₂是高品质的冷源，所获得的收益也因此大幅度地下降，没有节能模块，CO₂蕴含的大量的能量，无法得到利用，存在优质能源浪费问题，外供的CO₂能量无法利用，导致回收系统能耗高。

图3. 冷冻式干燥机流程图

2.CO₂回收系统节能技术改造

2.1 冷干机升级改造

如图4，将冷干机改造为新型的二氧化碳气体预冷却器。其由气液分离系统、用于载冷剂流量控制的温度自动控制系统、气液分离器的自动排液检测和控制系统、气体冷却器等组成。

图4. 冷干机

该预冷器不增加新的降温负荷，采用冷量前置的设计方式，由再沸器提供冷量，在达到预定工艺条件同时，将再沸器需要的热量由电加热改为预冷器提供热量，从而实现热平衡，减少了电功率的消耗，达到换热冷干和再沸的功能。新式预冷器换热效果与稳定性，远超之前的冷干器，故障率极低，一年四季换热效果稳定。CO₂ 温度在 5-15℃左右的时候，活性炭对于酚、醛类物质的吸附效果最佳，改造为新型预冷却器，可显著提高吸附干燥填料的吸附效果、使用寿命，提升吸附干燥系统运行效率，可减少结冰造成系统问题，节省再生能耗，对提纯纯度有更好的改善作用。

2.2 换热系统的节能改造

如图5，在储罐出口与蒸发器安装一套节能模块，该模块采用高效率的满液式设计模式，是一种圆筒型板壳式换热器。配置由连续液位检测、气液分离器、二氧化碳蒸发冷凝系统、温度自动控制、防结冰设计装置、液位和温度报警功能、气液分离器的自动排液检测和控制系统等组成。

图5. 换热流程图

节能模块将外供的液体CO₂通过释压，将其中的能量释放出来，与吸附干燥来的气相二氧化碳进行换热，汽化外供液相CO₂的同时，实现了吸附干燥回收的气体的液化，降低制冷所需的能耗。系统设计和原有的蒸发冷凝器共享一个不凝气排气口，利用系统自身的冷量对CO₂气体进行冷却，不需要外接冷媒，整个运行过程零能耗，是一种非常实用节能装置。

该节能模块配置能量回收装置，在能量剩余的时候，可以直接将能量回收到储罐，具备完善的保护装置，任何情况下都不会因为换热器憋压造成损坏。节能模块与回收系统同时具备串、并联模式，节能模块气化与液化侧均带旁路装置，在节能模块维护时，不影响回收与外供。当回收和生产不同步时，系统设计的节能模块的低压补偿系统开始运行，保证气化系统可以稳定地供给生产过程需要的CO₂气体。

3.改造效果

某啤酒企业针对传统CO₂回收系统存在的问题，进行设备改造和技术升级，内容包括新增节能模块、冷干器升级、吸附干燥优化等。改造后，系统能耗降低，运行可靠，回收效率提高。吸附干燥器性能提升，露点温度与异味问题得到解决。制冷机开启时间大幅减少，解决了CO₂无法冷凝而排放的问题。整套回收设备合格液体回收效率超过总回收量的91%，电耗减少10%以上，经济效益可观。