一种从酒精发酵生产废气中回收②氧化碳的方法

[0001]本发明涉及一种从酒精发酵生产废气中回收二氧化碳的方法

[0002]二氧化碳是温室气体，人类对化石原料的大量使用导致大氣中C02含量显著增加，已从工业革命前的270?280 ymol/mol增加到目前的370?380 μ mol/mol增幅超过30 %，并且仍以年均0.5%的速度递增据预测，到2050年大气中C02浓度可达工业革命前嘚2倍即550 ymol/mol左右。目前我国C02排放量30多亿吨，约占世界的10%被有效利用的仅85万吨左右，而实际需求量约200万吨并以每年5%左右的速度增长。为叻解决能源紧缺问题缓解全球变暖和减轻大气污染，大力开展0)2资源的综合开发利用显得十分重要

[0003]二氧化碳广泛应用于工农业生产，农業上主要用于食品贮存和保鲜、温室气肥及人工降雨工业上主要用于制冷、电焊、采油、化工合成、烟丝膨胀、超临界萃取和食品添加劑。二氧化碳有很多用途例如二氧化碳用于使饮料充碳酸气；用于冷却、冷冻和包装海味、肉、家禽、烘烤的食物、水果及蔬菜；用于延长乳制品的储存期限。二氧化碳是一种在工业废物和工艺水处理中取代硫酸以控制pH水平的重要环境组分其它用途包括饮用水处理、于環境无害的杀虫剂和促进蔬菜生长的温室中的大气添加剂。

[0004]通常二氧化碳是由纯化废物流而制备，该废物流是有机和无机化学工艺中的┅种副产品该废物流含来自化学工艺的二氧化碳和可溶于水的杂质，所以在二氧化碳回收前必须净化掉这些杂质净化会导致一些二氧囮碳的损失。

[0005]随着对二氧化碳的需求不断增长就需要更有效和效率更高的二氧化碳净化方法，以有效地改进二氧化碳的回收

[0006]酒精发酵通常是是酵母菌乙醇发酵途径对淀粉质原料进行转化而获得酒精，在酵母的发酵转化过程中通常进行厌氧发酵，产生乙醇(酒精)的同时产苼大量的二氧化碳气体相对于其它的工业过程，尤其是燃烧过程产生的废气而言酒精工业产生的废气中成分相对比较简单，二氧化碳純度高但是目前还没有对这类气体进行纯化获得二氧化碳气体的报道。

[0007]本发明的目的在于提出一种从酒精发酵生产废气中回收二氧化碳嘚方法

[0008]为达此目的，本发明采用以下技术方案:

[0009]—种从酒精发酵生产废气中回收二氧化碳的方法它包括:

[0010](1)、所述发酵生产废气含有二氧化碳、水蒸气和其它杂质的气体进行压缩；冷却压缩的气体，以冷凝至少一些水蒸气并将形成的两相流体分离成含水可溶杂质的富含二氧囮碳的气体物流和剩余的液体；

[0011](2)、将富含二氧化碳的气体物流通入内部装填50?150目，纯度95%以上碳酸盐钙填料的吸收柱中和酸性杂质；随后气体進入过氧化氢洗涤塔在过氧化氢溶液质量浓度1 %，喷淋密度30L/m2.h氧化处理，去除有机杂质；

[0012](3)、步骤(2)处理后的含二氧化碳气体物流进入吸收塔並向上流动使水进入该吸收塔并向下流动，向上流动的富含二氧化碳的气体物流中的水可溶杂质和一些二氧化碳在吸收塔中进入向下流動的水中以产生净化的二氧化碳和其中吸收有二氧化碳的载有杂质的水；净化的二氧化碳再经气水分离器过滤进一步净化，然后送入贮氣囊；

[0013](4)、贮气囊内气体在5?40°C从活性碳吸附柱底部进入控制气速0.5?3.5m/min，压力1.1?2.3MPa经吸附净化后气体由吸附柱顶部排出，进入3A分子筛干燥器底部嘫后从干燥器顶部排出；

[0014](5)、气体从干燥器顶部排出后进入压缩冷冻系统，经压缩机增压冷冻机组降温，气体中的02和N2为不凝气由顶部排空二氧化碳被液化回收。

[0015]以上步骤(4)所述活性碳填料采用50?100目的颗粒活性碳在浓度为4?6%的可溶性铁盐溶液中浸渍1?3h，通C02气体约0.5?2h后将填料水洗并烘干制成。

[0016]将贮气囊出来的二氧化碳气体先压缩至1.1?2.3MPa然后在40°C以下进一步用活性碳吸附柱和3A分子筛干燥器除去少量的其余杂质和水分；最後气体进入压缩冷冻系统，将二氧化碳液化排除氧气和氮气等不凝气，从而得到食品级的二氧化碳产品

[0017]经深度处理后混合气中二氧化碳含量将达到95%左右，杂质基本为空气利用压缩机和冷冻机将气体压力维持在1.6?2.5MPa，气体温度维持在-25?-12°C液化二氧化碳并排除02和~2等不凝气，得箌食品级二氧化碳产品

[0018]本发明采用了酒精发酵过程中产生的废气作为气源，在获得了二氧化碳丰度高的气源的同时也减少的碳排放；夲发明采用了多部净化技术，最终获得的二氧化碳纯度高可达 99.99%o

[0020](1)、所述发酵生产废气含有二氧化碳、水蒸气和其它杂质的气体进行压缩；冷却压缩的气体，以冷凝至少一些水蒸气并将形成的两相流体分离成含水可溶杂质的富含二氧化碳的气体物流和剩余的液体；

[0021](2)、将富含②氧化碳的气体物流通入内部装填150目，纯度95%以上碳酸盐钙填料的吸收柱中和酸性杂质；随后气体进入过氧化氢洗涤塔在过氧化氢溶液质量浓度1%，喷淋密度30L/m2.h氧化处理，去除有机杂质；

[0022](3)、步骤(2)处理后的含二氧化碳气体物流进入吸收塔并向上流动使水进入该吸收塔并向下流動，向上流动的富含二氧化碳的气体物流中的水可溶杂质和一些二氧化碳在吸收塔中进入向下流动的水中以产生净化的二氧化碳和其中吸收有二氧化碳的载有杂质的水；净化的二氧化碳再经气水分离器过滤进一步净化，然后送入贮气囊；

[0023](4)、贮气囊内气体在40°C从活性碳吸附柱底部进入控制气速3.5m/min，压力2.3MPa经吸附净化后气体由吸附柱顶部排出，进入3A分

酵母扩大培养中的试管和三角瓶培养用的基通常采用麦牙汁其制备方法如下：将干麦牙磨碎，加入3.5倍量的65 ℃的热水在58～60 ℃的温度下糖化3～4 h，以碘液检查糖化完全后將其煮沸、过滤，将滤液浓度调整到13^oBx将上述制备好的麦牙汁进行分装并灭菌。

（1）固体斜面使馆培养基：取100 ML麦牙汁加入2 %琼脂，融化后汾装试管一般培养基的装量是试管容量的1/5。以121 ℃蒸汽灭菌20min取出后趁热置成斜面，放冷斜面的长度为试管长度的1/2～3/5。

（2）液体试管培養基：用稀硫酸将麦牙汁pH调节至4～4.4分装于试管中，每支试管分装5 ML以121 ^oC蒸汽灭菌20 min。

（3）小三角瓶培养基：将pH调节至4～4.4的麦牙汁分装于容量為150ML的三角瓶中每瓶装50ML，以131^oC蒸汽灭菌20 min

（1）将斜面试管酵母原菌移接于固体斜面试管，于28～30 ℃下培养48 h

（2）将上述培养好的斜面活化酵母菌乙醇发酵途径种接一环于液体试管中，以28～30  ℃培养24 h

（3）将上述液体试管酵母接种于小三角瓶中（每支试管接一个三角瓶），以28～30℃培養至对数期末（约16 h）

3.  种子（酒母）质量要求

对培养好的三角瓶种子要进行质量检查。镜检时要求酵母形态健壮整齐细胞内原生质稠密，无杂菌细胞数（0.8～1.0）×10⁸ 个/ML，出牙率20%～30 %死亡率要小于1 %。

二、淀粉原料的蒸煮与糖化

1.  按甘薯粉或木薯粉的3.5倍量的加水比用50～55 ℃的温水與淀粉原料搅拌混合，添加原料量0.1%的细菌淀粉酶于电炉上加热并不断搅拌，升温至90～93 ℃5～10 min，进行液化；继续加热煮沸1h使淀粉充分糊囮和液化，并适量补充水分

2.  将上述蒸煮醪冷却至60～62 ℃，添加180 u/g原料的糖化酶用硫酸将醪液的pH调节至4～4.5，在水浴锅上保温糖化30 min而后分装於1000 mL的三角瓶中，每瓶装糖化醪500 mL

将培养成熟的小三角瓶酵母种子（酒母）以无蓖操作接入装有500 mL糖化醪的大三角瓶中（每个小三角瓶中接一個大三角瓶，在30 ℃的温度下发酵68～72h

四、CO₂生成量的测定

测定乙醇发酵中CO₂生成量的装置如图5-1所示。其测定方法如下：

1.  发酵前将三角瓶外壁擦干，置于1/100g的大平上称重记下质量为m₁。

2.  发酵完毕后将三角瓶轻轻摇动，使CO₂尽量逸出在同一架天平上再称重，记下质量为m₂

2.  准确量取100 mL發酵成熟醪倒入500 Ml蒸馏瓶中，并加入等量的蒸馏水蒸馏瓶用插有温度计的胶塞塞紧，连接好冷凝管勿使漏气。用电炉加热同时接通冷卻气，馏出液收集于100mL容量瓶中（如无容量瓶亦可直接用100 mL量筒收集）待馏出液达到刻度时，立即停止收集（注意：不能超过刻度）倒入量筒中，稍加搅动使之均匀，将酒精计与温度计同时置入量筒测定酒精度与温度。

3.  根据测得的乙醇度与温度查换算表，得到温度在20 ℃时的乙醇浓度