DE69511369T2

DE69511369T2 - Rückgewinnung von Kohlendioxid

Info

Publication number: DE69511369T2
Application number: DE69511369T
Authority: DE
Inventors: Peter E. Cockerill
Original assignee: Messer UK Ltd
Current assignee: Messer UK Ltd
Priority date: 1995-01-05
Filing date: 1995-12-21
Publication date: 1999-11-25
Anticipated expiration: 2015-12-22
Also published as: ES2136809T3; EP0720966A1; EP0720966B1; GB9500114D0; DE69511369D1; ATE183173T1; DK0720966T3

Description

Abfall- oder Abgase werden bei Fermentationsverfahren freigesetzt, wobei es sich überwiegend um Kohlendioxid handelt, das während der Umwandlung von Zuckern in Alkohol gebildet wird. Kohlendioxid, das aus solchen Fermentationsverfahren wiedergewonnen wird, bildet einen bedeutenden Anteil, der kommerziell sowohl im Vereinigten Königreich als auch in anderen Ländern verkauft wird. Kohlendioxid umfaßt eine Anzahl von Verunreinigungen, von denen eine Dimethylsulfid darstellt. Dimethylsulfid ist ein bedeutender Duftstoffbestandteil in Beeren und stellt ein ernsthaftes Problem für den Ingenieur dar, der versucht, das Kohlendioxidelement aus den Abgasen wiederzugewinnen und zu reinigen. Einige Fermentationsverfahren neigen dazu, länger und kälter abzulaufen und setzen getrockneten Malz eher ein als grünen oder rohen Malz. Insbesondere bei diesen stellt Dimethylsulfid eine bedeutende Unreinheit in den Abfallprodukten dar und muß bei jeglichen Kohlendioxidwiedergewinnungsverfahren entfernt werden.
Traditionelle Geruchsentfernungsverfahren aus gasförmigen Abfallprodukten der Fermentationsverfahren sind nicht besonders verläßlich in Bezug auf Dimethylsulfid. Die Adsorption von Dimethylsulfid an Aktivkohle ist z. B. unverläßlich, da Dimethylsulfid, das vorher adsorbiert worden ist, bei nur geringen Veränderungen in den Druck- und Temperaturbedingungen freigesetzt wird.
Ein kürzlicher Vorschlag wird in einem Artikel, der bei einem EBC Kongreß 1993 verteilt wurde unter dem Titel "Improved CO&sub2; Prufication System" von P. W. Van Oeveren von Heineken Technical Services B. V. und in der WO97/073933 beschrieben. Diese beschreiben ein Verfahren zum Entfernen von Dimethylsulfid aus gasförmigem Kohlendioxid, wobei eine nasse Oxidationsverfahrensweise eingesetzt wird. In diesem Verfahren wird ein teilweise gereinigtes Gasgemisch von Kohlendioxid und Dimethylsulfid in Kontakt gebracht mit ei nem Wasserstrom, der ein Oxidationsreagens, wie z. B. Natriumhypochlorit, enthält. Jeglicher Schwefelwasserstoff wird zum Hydrogensulphat oxidiert und Dimethylsulfid wird zu Dimethylsulfoxid oxidiert. Diese beide Reaktionsprodukte sind wasserlöslich und bilden so einen Abwasserstrom. Das wiedergewonnene Kohlendioxid ist im wesentlichen von Dimethylsulfid frei. Während diese im wesentlichen chemische verlaufende Reinigungsstufe erfolgreich bei der Entfernung von Dimethylsulfid ist, sind die Kosten aufgrund des Volumens an Oxidationsreagens, das erforderlich ist und die anschließende Neutralisation und Beseitigung des Abwassers, erheblich.
Die US-A-4,460,395 beschreibt ein Verfahren zum Extrahieren von Kohlendioxid aus einer Zufuhr von Erdgas. Während Erdgas aus einigen Quellen bedeutende Mengen an Kohlendioxid enthalten kann, wenn es als Kohlendioxidquelle angesehen wird, enthält es eine sehr viel größere Konzentration an Unreinheiten im Vergleich zu jeglicher Zufuhr von Kohlendioxid, das aus der Fermentation stammt. Das in diesem Patent beschriebene Verfahren beschreibt deshalb eine Verfahrensweise zum Behandeln eines unreinen Kohlendioxidgasstroms, der aus Erdgas oder dergleichen stammt, welches Verunreinigungen enthält, einschließlich leichter und schwerer Kohlenwasserstoffe (zumindest C&sub1; - C&sub3;) und leichter Schwefelverbindungen, wie z. B. Schwefelwasserstoff und Carbonylsulfide, sowie schwerer Schwefelbestandteile in Form von Mercaptanen (RSH) und/oder organischen Mono- und Disulfiden (RSR und RSSR). Wasser liegt generell in sich verändernden Mengen im unreinen Beschickungsstrom vor und wird während des Betriebs des Verfahrens produziert. Stickstoff und Sauerstoff werden in den Strom während des Ablaufs eingeführt, in Abhängigkeit von der eingesetzten O&sub2;-Quelle, und dieses muß vor der Überführung des fertigen Lebensmittelqualität aufweisenden Produktes zur Lagerung oder zur Verwendung entfernt werden. Als Teil dieser Verfahrensweise wird der unreine Beschickungsstrom zuerst einer Fraktionierungsstufe unterworfen, wo ein Teil des Beschickungsgases kondensiert wird und die entstandene Flüssigkeit in einer Gegenstrombeziehung zum hineinkommenden unreinen Gas geführt wird, das gereinigt werden soll. Schwere Kohlenwasserstoffe und schwere Schwefelverbindungen werden in einem flüssigen Kohlendioxid-Rückflußstrom aufgelöst, so daß das Overhead von der Fraktionierungsstufe im wesentlichen frei von schweren Schwefelmaterialien und C&sub3;-Kohlenwasserstoffen ist.
Nach einem ersten Aspekt der vorliegenden Erfindung wird ein Verfahren zur Wiedergewinnung von Kohlendioxid aus einem gasförmigen Gemisch von Kohlendioxid und Dimethylsulfid geschaffen, das aus der Fermentation stammt, umfassend folgende Stufen:
Inkontaktbringen des gasförmigen Gemisches mit dem flüssigen Kohlendioxid, das aus dem gasförmigen Gemisch stammt, um vorzugsweise Dimethylsulfid im flüssigen Kohlendioxid aufzulösen,
Wiedergewinnen des gasförmigen Kohlendioxids, im wesentlichen frei von Dimethylsulfid und Kondensieren mindestens eines Teiles davon, um das flüssige Kohlendioxid zum Inkontaktbringen mit dem gasförmigen Gemisch vorzusehen,
Auffangen der Lösung von Dimethylsulfid im flüssigen Kohlendioxid,
Verdampfen der Lösung von Dimethylsulfid im flüssigen Kohlendioxid und Ablassen des verdampften Gemisches an die Atmosphäre.
Nach einen zweiten Aspekt der vorliegenden Erfindung umfaßt eine Vorrichtung zur Wiedergewinnung von Kohlendioxid aus einem gasförmigen Gemisch von Kohlendioxid und Dimethylsulfid folgendes:
eine Destillationssäule, einschließlich eines Heißdampfabkühlungsabschnitts, wobei das gasförmige Gemisch nach oben durch die Destillationssäule hindurch verläuft, wäh rend flüssiges Kohlendioxid, das vom Gemisch stammt, nach unten durch die Destillationssäule fließt, um den Strom des gasförmigen Gemisches mit flüssigem Kohlendioxid zu berühren und eine Lösung von Dimethylsulfid, das in flüssigem Kohlendioxid aufgelöst ist, welches aus diesem Kontakt resultiert, zu sammeln;
Mittel zum Sammeln des Kohlendioxids im wesentlichen frei von Dimethylsulfid, und Kondensieren mindestens eines Teiles davon, um das der Destillationssäule zugeführte Kohlendioxid vorzusehen, und einen Auslaß an der Basis der Destillationssäule, die betriebsmäßig mit einem Verdampfer verbunden ist, der wiederum betriebsmäßig mit einem Entlüftungsauslaß verbunden ist, um der Lösung des Dimethylsulfids im flüssigen Kohlendioxid zu ermöglichen, daß sie vom Boden der Destillationssäule durch den Auslaß abgezogen und verdampft werden kann, bevor es an die Atmosphäre abgegeben wird.
Nach der vorliegenden Erfindung wird Dimethylsulfid vorzugsweise aus dem Gemisch von gasförmigem Kohlendioxid und Dimethylsulfid herausgelöst, wenn das Gemisch mit flüssigem Kohlendioxid in Berührung kommt, unter Bildung einer Lösung von Dimethylsulfid in flüssigem Kohlendioxid und um das gasförmige Kohlendioxid wirksam frei von Dimethylsulfid nachzureinigen.
Vorteilhafterweise umfaßt die Vorrichtung eine umschlossene Destillationssäule, die mit einem hochwirksamen Struktur- Packungsmaterial gefüllt ist. Dieses Material stellt einen großen Oberflächenbereich für das Gasgemisch zur Verfügung, während dieses durch die Destillationssäule läuft. Vorteilhafterweise ist die Destillitationssäule als sogenannte Tailing-Säule angeordnet.
Vorteilhafterweise ist der flüssige Kohlendioxideinlaß in einem oberen Bereich der Destillationssäule vorgesehen und angeordnet ist, um flüssiges Kohlendioxid über das strukturelle Packungsmaterial zu versprühen.
Vorteilhafterweise ist ein Sumpf in einem unteren Bereich der Destillationssäule vorgesehen und angeordnet, um die Lösung von Dimethylsulfid im flüssigen Kohlendioxid zu sammeln.
Der Sumpf umfaßt vorteilhafterweise ein Auslaßventil zum Ablassen der aufgefangenen Dimethylsulfidlösung. Vorteilhafterweise umfaßt die Vorrichtung ferner einen Niveausensor, der den Nachschub an flüssigem Kohlendioxid steuert, um ein vorbestimmtes Niveau an flüssigem Kohlendioxid im Sumpf aufrecht zu erhalten.
Typischerweise enthält das an die Atmosphäre abgelassene Kohlendioxid 14 ppm an Dimethylsulfid, während das in das System eintretende Gasgemisch typischerweise lediglich 1 ppm an Dimethylsulfid umfaßt. Typischerweise ist das Gemisch von gasförmigem Kohlendioxid und Dimethylsulfid bei einer Temperatur über ihrer Kondensationstemperatur für einen vorgegebenen Druck des Systems. Der Heißdampfabkühlungsabschnitt der Destillationssäule verringert das Gemisch auf seine Kondensationstemperatur.
Die vorliegende Erfindung ist zur nachträglichen Anpassung an existierende Kohlendioxidanlagen geeignet. Das Verfahren ist relativ preiswert im Betrieb und leicht zu automatisieren. Das einzige Abgas in der vorliegenden Erfindung ist ein höher konzentriertes Gemisch an Kohlendioxidgas und Dimethylsulfid.
Die vorliegende Erfindung wird nunmehr unter Bezugnahme auf Fig. 1 beschrieben, die eine Vorrichtung zur Entfernung von Dimethylsulfid aus Kohlendioxid in einem Fermentationsgaswiedergewinnungssystem zeigt.
In Fig. 1 läuft ein komprimiertes Gemisch von Kohlendioxid und Dimethylsulfid bei einem Druck von etwa 19 bar (280 psi), das vorher eine Anzahl von Reinigungsstufen durchlaufen hat, über die Leitung 1 in eine Destillationssäule 2 bekannter Art als eine sogenannte Tailingsäule bei einem Niveau unterhalb eines Bettes einer Massenübergangsfüllung 3. Die Massenübergangsfüllung oder Packung 3 umfaßt eine hochwirksame Strukturpackung bzw. -füllung.
Flüssiges Kohlendioxid wird auf das Massenübergangsbett 3 über einen Einlaß 4 für das flüssige Kohlendioxid geführt. Das flüssige Kohlendioxid läuft durch das Massentransferbett 3 und sammelt sich in einem Sumpf 5 an der Basis der Destillationssäule. Eine Auslaßleitung 6 bindet die Oberseite der Destillationssäule mit einer Kohlendioxidkondensationsvorrichtung 7. Die Kondensationsvorrichtung 7 ist über eine Leitung 8, eine Leitung 9 und ein Ventil 10 mit dem Einlaß 4 für das flüssige Kohlendioxid verbunden. Eine Niveausteuerung 11 betätigt das Ventil 10, um sicherzustellen, daß ein vorbestimmtes Niveau an flüssigem Kohlendioxid im Sumpf 5 der Destillationssäule 2 aufrechterhalten wird.
Die Basis der Destillationssäule 2 ist über eine Leitung 12 mit einer Verdampfungsvorrichtung 13 verbunden, die wiederum über einen Filter 14 und eine Strömungsgeschwindigkeitssteuerung 15 an die Atmosphäre abgibt.
Im Betrieb läuft das flüssige Kohlendioxid, während das Gemisch an Kohlendioxid und Dimethylsulfid in der Destillationssäule 2 hochsteigt, in der Destillationssäule 2 durch die Massentransferpackung 3 hindurch nach unten und jegliches Dimethylsulfid, das im gasförmigen Gemisch vorliegt, wird unter Bildung einer Lösung von Dimethylsulfid im flüssigen Kohlendioxid auskondensiert. Dementsprechend wird jegliches Dimethylsulfid, das im Gasgemisch vorliegt, aufgelöst und sammelt sich im Sumpf 5 der Destillationssäule 2 und das Kohlendioxidgas ist im wesentlichen frei von Dimethylsulfid und verläßt die Destillationssäule 2 über die Auslaßleitung 6 an der Oberseite.
Das gereinigte Kohlendioxidgas wird in der Kondensationsvorrichtung 7 unter Ausbildung flüssigen Kohlendioxids kondensiert, wobei ein Teil davon verwendet wird, um die Destillationssäule 2 über das Ventil 10, die Leitung 9 und den Einlaß 4 zu speisen, während das übrige zur nächsten Stufe des Verfahrens über die Leitung 8 läuft.
Die Lösung von Dimethylsulfid im Kohlendioxid wird vom System dadurch entfernt, daß man vom Sumpf 5 am Boden der Destillationssäule 2 über die Leitung 12 entnimmt. Aus praktischen Gründen wird die Lösung im Verdampfer 13 verdampft und verläßt das System über den Filter 14 und die Strömungssteuerung 15 zur Atmosphäre hin.
Das Gemisch von Kohlendioxid und Dimethylsulfid, das in das System über das Rohr 1 eintritt, ist normalerweise bei einer Temperatur oberhalb seiner Kondensationstemperatur bei dem vorgegebenen Druck des Systems. Die Destillationssäule 2 ist mit einem Heißdampfabkühlungsabschnitt versehen, der einen zusätzlichen unteren Abschnitt mit Struktur- Packungsmaterial umfaßt.
Das System kann kontinuierlich während des Fermentationsverfahrens laufen, um Kohlendioxid zu sammeln und zu reinigen, das während der Umwandlung von Zuckern zu Ethanol hergestellt wird. Dieses System kann vollständig automatisiert werden und erfordert keine weiteren Chemikalien. Auch werden nicht irgendwelche Produkte erzeugt, die eine Abfallbeseitigung erfordern.

Claims

1. Vorrichtung zur Rückgewinnung von Kohlendioxid aus einem gasförmigen Gemisch von Kohlendioxid und Dimethylsulfid, umfassend:

eine Destillationssäule (2), einschließlich einen Heißdampfabkühlungsabschnitt, wobei das gasförmige Gemisch nach oben durch die Desillationssäule (2) hindurch verläuft, während flüssiges Kohlendioxid, das vom Gemisch stammt, nach unten durch die Destillationssäule (2) fließt, um den Strom des gasförmigen Gemisches mit flüssigem Kohlendioxid zu berühren und eine Lösung von Dimethylsulfid, das in flüssigem Kohlendioxid aufgelöst ist, welches aus diesem Kontakt resultiert, zu sammeln;

Mittel (7) zum Sammeln des im wesentlichen von Dimethylsulfid freien Kohlendioxids, und Kondensieren mindestens eines Teiles davon, um das der Destillationssäule (2) zugeführte Kohlendioxid, und einen Auslaß (12) an der Basis der Destillationssäule (2) vorzusehen, die betriebsmäßig mit einem Verdampfer (13) verbunden ist, der wiederum betriebsmäßig mit einem Entlüftungsauslaß verbunden ist, um der Lösung des Dimethylsulfids im flüssigen Kohlendioxid zu ermöglichen, daß sie vom Boden der Destillationssäule (2) durch den Auslaß (12) abgezogen und verdampft werden kann, bevor es an die Atmosphäre abgegeben wird.

2. Vorrichtung nach Anspruch 1, bei der die Destillationssäule (2) mit einem hochwirksamen strukturellen Packungsmaterial gefüllt ist.

3. Vorrichtung nach Anspruch 2, bei der ein flüssiger Kohlendioxideinlaß (4) in einem oberen Bereich der Destillationssäule (2) vorgesehen und angeordnet ist, um flüssiges Kohlendioxid über das strukturelle Packungsmaterial (3) zu versprühen.

4. Vorrichtung nach irgendeinem der vorstehenden Ansprüche, bei der die Destillationssäule (2) als sogenannte Tailing- oder Rückstandssäule angeordnet ist.

5. Vorrichtung nach irgendeinem der vorstehenden Ansprüche, bei der ein Sumpf (5) in einem unteren Bereich der Destillationssäule (2) vorgesehen und angeordnet ist, um die Lösung von Dimethylsulfid im flüssigen Kohlendioxid zu sammeln.

6. Vorrichtung nach Anspruch 5, ferner umfassend einen Niveausensor (11), der den Nachschub an flüssigem Kohlendioxid steuert, um ein vorbestimmtes Niveau an flüssigem Kohlendioxid im Sumpf (5) aufrecht zu erhalten.

7. Verfahren zur Wiedergewinnung von Kohlendioxid aus einem gasförmigen Gemisch von Kohlendioxid und Dimethylsulfid, die bei der Fermentation entstehen, umfassend folgende Stufen:

Inkontaktbringen des gasförmigen Gemisches mit dem flüssigen Kohlendioxid, das aus dem gasförmigen Gemisch stammt, um vorzugsweise Dimethylsulfid im flüssigen Kohlendioxid aufzulösen,

Wiedergewinnen des gasförmigen Kohlendioxids, im wesentlichen frei von Dimethylsulfid und Kondensieren mindestens eines Teiles davon, um das flüssige Kohlendioxid zum Inkontaktbringen mit dem gasförmigen Gemisch vorzusehen,

Auffangen der Lösung von Dimethylsulfid im flüssigen Kohlendioxid,

Verdampfen der Lösung von Dimethylsulfid im flüssigen Kohlendioxid und Ablassen des verdampften Gemisches an die Atmosphäre.

8. Verfahren nach Anspruch 7, bei dem das gasförmige Gemisch nach oben durch eine Destillationssäule (2) verläuft, einschließlich eines Heißdampfabkühlungsabschnittes, während das flüssige Kohlendioxid nach unten durch die Destillationssäule in die Kontaktstufe strömt.