MX2012015031A - Recuperacion a alta presion de dioxido de carbono a partir de un proceso de fermentacion. - Google Patents

Abstract

La presente invención se refiere a un método para recuperar dióxido de carbono a partir de una corriente gaseosa que se origina a partir de un proceso de fermentación mediante compresión, absorción, condensación y destilación, en donde por lo menos la absorción y condensación se realizan bajo una alta presión de por lo menos 30 bares.

Description

RECUPERACIÓN A ALTA PRESIÓN DE DIÓXIDO DE CARBONO A PARTIR DE UN PROCESO DE FERMENTACIÓN DESCRIPCIÓN DE LA INVENCIÓN La presente invención se refiere a un método para recuperar dióxido de carbono a partir de una corriente gaseosa originada a partir de un proceso de fermentación o una linea de embotellamiento, mediante compresión, absorción, condensación y destilación, en donde el método se realiza bajo alta presión.

Una manera preferida de carbonatar bebidas, tal como productos preparados, es al purificar dióxido de carbono en el sitio. Por lo tanto, las corrientes de dióxido de carbono originadas a partir de un proceso de fermentación, tal como en una cervecería, a menudo se purifican y regresan a la cervecería. De este modo, el dióxido de carbono generado por el proceso de fermentación se utiliza nuevamente en la bebida preparada u otras bebidas carbonatadas producidas en el mismo sitio como el proceso de fermentación se utiliza como un denominado gas de protección en la embotelladora para impedir la entrada de aire o desplazamiento de aire.

Actualmente, el método comúnmente más utilizado comprende las etapas de: desespumar; lavar en un depurador de agua; comprimir; filtrar a través de un filtro de carbón; deshidratar; hervir nuevamente y destilar la corriente de dióxido de carbono para proporcionar la corriente de dióxido de carbono purificada. Este método purifica de manera efectiva el dióxido de carbono con una pureza y producción satisfactoria, aunque diversos elementos del proceso se agregan al costo del proceso de recuperación general. En principio, el agua utilizada en el depurador de agua debe desecharse, además los filtros de carbón y deshidratadores pueden regenerarse de manera rutinaria, y finalmente el polvo externo debe suministrarse al método. La gran cantidad de operaciones unitarias en el método requiere medios para mantener la presión sobre todo el sistema. Generalmente, entre más operaciones unitarias se comprendan en un sistema mayor será la caída de presión y por lo tanto los costos para mantener las mismas.

Además, la licuefacción final convencional del dióxido de carbono requiere un suministro de energía sustantivo. La condensación se realiza típicamente por un condensador enfriado por amoníaco. También, el dióxido de carbono líquido producido debe almacenarse en un tanque de almacenamiento y tiene que evaporarse nuevamente antes de utilizarse como un gas de protección o como dióxido de carbono para carbonatar las bebidas. En el método convencional el sistema se opera en una presión de aproximadamente 16 bares que corresponde a la presión de un tanque de almacenamiento de dióxido de carbono estándar en el que el dióxido de carbono liquido se almacena antes de utilizarse .

En este contexto, operando a una baja presión es la manera convencional en el campo para recuperar dióxido de carbono de alta pureza en la calidad de grado alimenticio, principalmente ya que se ha considerado más económico por diversas razones, tal como la pureza obtenida y el costo de instalación .

Sin embargo, operar a más baja presión requiere un muy alto grado de remoción de agua, ya que la presencia de agua en el sistema provocará problemas con la formación de hielo o hidratos de gas. Además, la condensación del dióxido de carbono purificado para proporcionar dióxido de carbono licuado requiere una alta entrada de energía.

El problema de la condensación se ha abordado en la EP 0194795 A2 en donde un proceso de recuperación se describe en que el dióxido de carbono impuro a partir de una planta de cervecería se presuriza y enfría produciendo una corriente líquida de dióxido de carbono sustancialmente puro y una corriente de impurezas gaseosas, es decir, gases no condensables. Esto es seguido por la expansión de la corriente líquida de dióxido de carbono puro para proporcionar una corriente líquida y gaseosa de dióxido de carbono puro, por lo que el dióxido de carbono líquido proporcionado se utiliza para licuar la corriente gaseosa de la etapa de compresión inicial. De este modo, este método proporciona una solución en la que el enfriamiento y licuefacción de dióxido de carbono se efectúan por la expansión y evaporación del dióxido de carbono liquido sustancial ente puro. Por lo tanto, la transferencia de calor interna y/o potencia de enfriamiento se utiliza para suministrar energía durante una etapa de purificación. Se indica que este proceso reduce el consumo de potencia específica y general y el calor requerido para la evaporación. Sin embargo, solamente cuando el dióxido de carbono licuado se emplea y se expande por completo el método será completamente económico. Por consiguiente, este método aún requiere una gran entrada de energía para la condensación del dióxido de carbono. La presente invención es un método en el que uno o más de los problemas anteriores de la técnica anterior se han resuelto.

De este modo, en un primer aspecto de la presente invención se proporciona un método para recuperar dióxido de carbono a partir de una corriente de dióxido de carbono gaseosa que se origina a partir de un proceso de fermentación, el método comprende las etapas de a) proporcionar la corriente de dióxido de carbono que se origina a partir del proceso de fermentación; b) comprimir la corriente proporcionada mediante al menos una etapa de compresión proporcionando una corriente gaseosa comprimida; c) someter la corriente gaseosa comprimida a una etapa de absorción proporcionando por lo menos una corriente gaseosa rica en dióxido de carbono; d) condensar la corriente gaseosa rica en dióxido de carbono en un condensador proporcionando por lo menos un condensado y un gas de purga; y e) destilar el condensado para proporcionar dióxido de carbono purificado, en donde la presión de la corriente de dióxido de carbono comprimido obtenido en la etapa b) es por lo menos de 30 bares, la temperatura se encuentra dentro de un margen donde sustancialmente no existe condensación de dióxido de carbono y tal presión se mantiene por lo menos en la etapa d) .

Con la presente invención ahora se encontrado que cuando la presión es de por lo menos 30 bares, el gas posteriormente puede condensarse utilizando fluidos, tal como aquellos utilizados en la embotelladora o en el proceso de fermentación, por lo que la energía utilizada al inicio del proceso está más que recuperada en la etapa anterior del proceso principalmente en la licuefacción del dióxido de carbono puro el cual normalmente es una de las partes que más consume energía del proceso de recuperación.

El método de la presente invención tiene diversas ventajas. Cuando la presión en el sistema es alta, el depurador de agua normal se reemplaza con un depurador de agua a alta presión o un depurador con dióxido de carbono. ß Esto reducirá la cantidad de agua necesaria para obtener la pureza deseada asi como la cantidad que debe limpiarse y desecharse de agua contaminada. Además, la condensación siguiendo la etapa de absorción no requiere temperaturas bajas de alrededor de -30°C las cuales normalmente son necesarias para condensar el dióxido de carbono cuando se presenta a 15-20 bares. De este modo, de acuerdo con la invención la temperatura del liquido de condensación, en lo sucesivo el refrigerante, puede encontrarse alrededor de cero o justo por debajo, tal como -10 a 10°C, de preferencia -8°C a -3°C, por ejemplo, -5°C. Ya que la temperatura del refrigerante puede ser relativamente alta en comparación con las plantas de C02 tradicionales, se encontró que es posible utilizar, por ejemplo, salmuera normalmente utilizada en cervecería para enfriar tanques de fermentación, etc. y por consiguiente, el refrigerante se encuentra disponible previamente en la planta. De preferencia la salmuera es cualquier mezcla acuosa que disminuye el punto de congelación de agua. Ejemplos son soluciones acuosas de glicoles y sales. Donde las temperaturas ambiente son menores, también es una opción una condensación de C02 mediante refrigeración de aire .

Uno de los beneficios principales de la presente invención es que es posible utilizar un refrigerante que tiene una temperatura de alrededor de -10°C a 10°C para enfriar el dióxido de carbono debajo de -24 °C, reduciendo enormemente el consumo de energía específica para la cantidad producida de dióxido de carbono.

Otra ventaja de la presente invención es que la cantidad de agua utilizada en el proceso general puede reducirse adicionalmente . La solubilidad de agua de muchas impurezas se controla por la presión parcial de esa impureza específica. Si una solución es una solución ideal y la concentración de las impurezas respectivas es baja, la solubilidad será directamente proporcional a la presión parcial. De este modo, si la presión se duplica la solubilidad también se duplica. Por lo tanto, cuando la solubilidad de agua incrementa, debido a la presión incrementada, el contenido de agua puede reducirse proporcionalmente para obtener el mismo grado de purificación .

En aún otra modalidad, el dióxido de carbono licuado puede evaporarse nuevamente al contactarse con el refrigerante más caliente, por ejemplo, salmuera, tomado de la cervecería. Este dióxido de carbono re-evaporado entonces puede utilizarse, por ejemplo, en la línea de embotellamiento. Por esto, la temperatura del refrigerante disminuye de, por ejemplo, -5°C a -8°C. Esta salmuera enfriada es una modalidad particularmente preferida utilizada como el refrigerante en la etapa de condensación, por lo que la temperatura del refrigerante aumentará típicamente a la temperatura inicial de la salmuera y puede utilizarse nuevamente en la cervecería como tal.

Por esta razón, el sistema es neutral con respecto a la energía de condensación y re-evaporación resolviendo muchos problemas de la técnica anterior.

La energía requerida para la compresión puede optimizarse al insertar diversas etapas de compresión secuencial, por ejemplo, 2 ó 3. Las etapas de compresión 2 ó 3 de preferencia se presentan como el número más económico en una instalación combinada y perspectiva de operaciones.

Finalmente, cuando se transfieren el dióxido de carbono condensado y destilado al tanque de almacenamiento en el que el dióxido de carbono casi siempre se almacenará a una presión más baja que la presión de condensación, típicamente alrededor de 16 bares, lo que es estándar en la industria, 20% de dióxido de carbono gaseoso se formará debido a esta diferencia en la presión (por ejemplo, si se despresuriza a partir de 35 bares) . Este dióxido de carbono gaseoso puede transferirse directamente a la planta de fermentación, cervecería y/o embotelladora como un gas de protección o utilizarse en las botellas o latas para carbonatar las bebidas, de preferencia cerveza.

Cuando el dióxido de carbono gaseoso formado se transfiere directamente a la cervecería, el consumo de energía de todo el método reducirá adicionalmente, y una modalidad particular donde la presión se reduce de aproximadamente 35 a 16 bares, con hasta alrededor de 10% adicional .

Puede proporcionarse un medio para controlar el dióxido de carbono asegurando que el exceso de dióxido de carbono gaseoso tiene la pureza requerida antes de entrada a la planta de fermentación, cervecería y/o embotelladora.

En otra modalidad, el dióxido de carbono gaseoso formado cuando se transfiere al tanque de almacenamiento se regresa a por lo menos un compresor y se somete a otra etapa de purificación. Alternativamente, el gas excedente se condiciona y destila nuevamente o se condensa y transfiere al tanque de almacenamiento. En una modalidad particular, esta condensación se realiza utilizando salmuera que comprende glicol como un refrigerante o al utilizar la potencia de enfriamiento del dióxido de carbono líquido re-evaporado.

La absorción puede realizarse en un depurador de agua a alta presión o un depurador con dióxido de carbono. Cuando se utiliza un depurador de agua a alta presión la cantidad de agua que se utiliza se reduce sustancialmente en comparación con la depuración de agua de acuerdo con las presiones menores normalmente utilizadas en la industria, es decir, cercanas a la presión ambiente. Cuando se duplica el consumo de agua a presión típicamente puede reducirse a la mitad. Además, por ejemplo, la etapa de deshidratación adicional en un filtro y regeneración de la misma requerirá menos dióxido de carbono para la regeneración, aproximada y normalmente de 3% a menos de 1.5%, y por consiguiente se incrementa la producción general.

Cuando el absorbente es agua de preferencia el método también comprende una etapa de deshidratación para remover el agua que puede provocar problemas con la formación de hielo e hidrato de gas más allá de la corriente abajo, tal como en el condensador o sistema de columna de destilación.

En una modalidad actualmente preferida la etapa de absorción es una etapa de depurador con dióxido de carbono. Cuando se utiliza un depurador con dióxido de carbono, la producción de dióxido de carbono incrementará en relación al uso de depurador de agua ya que el dióxido de carbono se absorberá en el agua, cuando se utiliza como el absorbente, resultando en una pérdida de dióxido de carbono. Además, cuando el depurador con dióxido de carbono comprende un medio de deshidratación integrado, tal como etanol a partir del proceso de fermentación, el agua se removerá durante la etapa de depurador con dióxido de carbono. De este modo, un filtro de secado es innecesario, ya que cualquier agua presente se removerá en el depurador con dióxido de carbono. Por consiguiente, la regeneración del filtro, que normalmente consume de manera aproximada 3% de la corriente de dióxido de carbono, se evita resultando también en una producción mayor.

Otra ventaja de utilizar un depurador con dióxido de carbono es que esos pocos componentes se requieren para toda la purificación que ahorra costos de instalación. Pocos componentes en el proceso general también significan que la caída de presión es menos pronunciada, y por consiguiente se requiere menos energía para mantener la presión en el sistema .

En otra modalidad preferida, por lo menos un compresor es un compresor lubricado tal como un compresor lubricado con aceite o agua, de manera más específica un compresor de tornillo lubricado con aceite.

Tales compresores son menos costosos, fáciles de ajusfar su capacidad y de adaptarse a las condiciones del proceso, ftdemás, son fáciles de mantener y muy confiables.

Los compresores de pistón no lubricados son la elección convencional de compresores. Los fluidos lubricantes, tales como aceite, son altamente indeseables en el dióxido de carbono pretendido para consumo y existe resistencia en el campo para reemplazar los compresores convencionales con estos compresores lubricados más económicos. El problema puede resolverse al insertar un filtro entre por lo menos una etapa de compresión y la etapa de absorción. Sin embargo, la calidad del producto puede depender altamente en la operación del filtro, este es el único medio para remover el lubricante que inevitablemente se mezclará con la corriente de dióxido de carbono. Sin embargo, cuando la etapa de absorción se encuentra en una etapa de depurador con dióxido de carbono, el aceite de lubricación se remueve de manera efectiva en el mismo y la provisión de un filtro puede omitirse o servir como una precaución adicional y/o un medio para colectar el lubricante para regresarse al compresor. Esto reducirá la cantidad de lubricante utilizado asi como asegurará la calidad del producto.

De este modo, en una modalidad actualmente preferida el absorbente es dióxido de carbono liquido y por lo menos un compresor es un compresor lubricado. Esto ahorrará costos de instalación así como durante la operación con una mayor producción sin comprometer la pureza.

Se ha encontrado que para efectuar la presión específica del método de la invención el dióxido de carbono puede condensarse efectivamente utilizando un fluido de enfriamiento típicamente disponible en el punto de origen de la corriente de dióxido de carbono. Mediante estos resultados, los gastos de otro modo elevados para incrementar la presión corriente arriba en el proceso se recuperan más que en el proceso general. De este modo, la presión se basa parcialmente en la temperatura del refrigerante disponible a partir del proceso de fermentación así como la composición de la corriente de dióxido de carbono pobre en contaminantes dejando la etapa de purificación. También se ha observado que dentro de la pureza incrementada de la corriente para condensarse, son suficientes temperaturas mayores del refrigerante, en una presión determinada. En una modalidad preferida la temperatura del fluido es de -5°C, y la presión es por lo menos de 35 bares, esta combinación asegurará una alta producción teniendo un grado mayor de pureza.

En otra modalidad, el dióxido de carbono liquido del tanque de almacenamiento se re-evapora para utilizar en la cervecería. La re-evaporación se realiza mediante el refrigerante ya sea antes de utilizarse como un refrigerante en la etapa de condensación o por el refrigerante más caliente después de la condensación. Ambas alternativas son energía neutral. De manera particular, se prefiere la alternativa donde el refrigerante se utiliza antes de utilizarse en la etapa de condensación, ya que este proporcionará un refrigerante que tenga una temperatura menor que permita una presión menor y/o grado de pureza de la corriente para condensarse.

En otra modalidad, la presión se reduce después de condensar la etapa d) , y la destilación de la etapa e) se realiza en la presión reducida. Esta modalidad tiene la ventaja de que el refrigerante necesita utilizarse para condensar el dióxido de carbono. En cambio, el aire o agua pueden utilizarse para enfriar la corriente, corriente arriba en el proceso. Se prefiere que la presión reducida en la que se presenta la destilación sea la industria estándar para almacenar dióxido de carbono, el cual típicamente es de alrededor de 15-18 bares, de preferencia 16 bares.

En aún otra modalidad, el método además comprende una etapa f) de someter la corriente gaseosa obtenida en la etapa d) a una etapa de condensación combinada y reevaporación, en donde la re-evaporación se realiza en una presión menor que la presión de la corriente gaseosa obtenida en la etapa d) , de preferencia una presión estándar aplicada en la industria para almacenar el dióxido de carbono, tal como aproximadamente 15 a 18 bares, de preferencia aproximadamente 16 bares. En esta modalidad, el volumen del gas de purga que de otro modo se descarga se reduce dramáticamente. Por lo tanto, la producción total del dióxido de carbono se incrementa. La presión típicamente se libera al insertar una válvula.

En un aspecto o modalidad del primer aspecto se proporciona un método para re-evaporar el dióxido de carbono líquido, por ejemplo, obtenido por los métodos descritos en lo anterior, para proporcionar una corriente de dióxido de carbono gaseosa para utilizar en una producción necesitada de dióxido de carbono gaseoso, que comprende las etapas de a) proporcionar dióxido de carbono líquido, por ejemplo, a partir de una fuente seleccionada de un tanque de almacenamiento, dióxido de carbono destilado a partir de una unidad de destilación o dióxido de carbono condensado a partir de una unidad de condensación; b) evaporar el dióxido de carbono liquido en un medio de intercambio de calor para proporcionar una corriente de dióxido de carbono calentada por gases; c) expandir la corriente de dióxido de carbono calentada por gases para proporcionar una corriente de dióxido de carbono calentada por gases expandida; y d) calentar el dióxido de carbono calentado por gases expandido para proporcionar una corriente de dióxido de carbono gaseosa para utilizar en una producción necesaria de dióxido de carbono gaseoso. Este método es una manera de ahorro de energía para re-evaporar el dióxido de carbono liquido para cualquier propósito deseado.

Los efectos y ventajas se ilustrarán adicionalmente por las modalidades detalladas descritas a continuación. Estas son ilustraciones y la invención no debe limitarse a esto solamente.

BREVE DESCRIPCIÓN DE LOS DIBUJOS La Figura 1 es una vi:sta general detallada de una modalidad del proceso de acuerdo con la invención .

La Figura 2 es una vi:sta general detallada de una modalidad del proceso de acuerdo con la invención .

La Figura 3 es una vista general esquemética simplificada de las modalidades de las Figuras 1 y 2.

La Figura 4 es una vista parcial de un proceso de acuerdo con la invención en donde la destilación se realiza bajo una alta presión.

La Figura 5 es una vista parcial de un proceso de acuerdo con la invención en donde la destilación se realiza bajo una presión estándar industrial.

La Figura 6 es una modalidad partícular para re-evaporar el dióxido de carbono líquido.

DESCRIPCIÓN DETALLADA DE LA INVENCIÓN Para propósitos ilustrativos los componentes y corrientes MENCIONADOS en la descripción detallada de la invención y en los dibujos se resumen a continuación.

Trampa de espuma A0; primero, segundo y tercer compresores Al_l, Al_2, Al_3; separador A2; unidad de purificación/absorbedor A3; condensador A ; unidad de destilación A5; separador A6; tanque de almacenamiento A7 ; rehervidor A8 ; filtro A9; rehervidores del depurador de dióxido de carbono A10 y A10_l; sub-enfriador All; segundo sub-enfriador All_l; segundo rehervidor Al2; segundo condensador A13; válvula A14; primer medio de intercambio de calor Al5; expansor A16; segundo medio de intercambio de calor A17, y medio de intercambio de calor A18.

Las corrientes mostradas en las figuras y descritas a continuación son las siguientes: Gas de fermentación 101; corriente gaseosa desespumante 102; primera, segunda y tercera corrientes gaseosas comprimidas 103, 104, 106; gas rehervido comprimido 107; corriente gaseosa rica en dióxido de carbono/pobre en contaminantes 108; corriente filtrada 109; gas de purga 110; corriente absorbente 111; condensado 111-1; corriente sub-enfriada condensada 111_2; alta presión sub-enfriada 111_3 fría; corriente despresurizada 111_4; dióxido de carbono purificado 111_5; enfriador de corriente 111_5_1; corriente de producto 111_5_2; corriente re-evaporada 111_6; dióxido de carbono liquido de la columna de destilación/dióxido de carbono licuado 112; fracción de la corriente de dióxido de carbono licuado 112_1; dióxido de carbono evaporado 112_2; gas de descarga 113; liquido despresurizado 114; corriente de producto almacenado 116; corriente de producto calentado 117; corriente de purga final 118; corriente de producto expandido 119; corriente de dióxido de carbono gaseoso 120; impurezas condensadas 203; corriente de residuos rica en contaminantes 204; corriente de residuos rica en " contaminantes 206; corriente gaseosa rehervida 207; depurador de corriente de dióxido de carbono liquido 208; refrigerante 301, 401; refrigerante caliente 302, 501; y refrigerante frío 402.

Corrientes adicionales se presentan en la figura 1. La naturaleza de estas corrientes se conocerá: rápidamente por la persona con experiencia y no necesita detalles adicionales .

Ahora refiriéndose a las figuras 1 y 3, la invención se describirá en más detalle.

El gas de inicio en el método es un gas de fermentación 101 que puede desespumarse en una trampa de espuma AO antes de procesarse posteriormente. El desespumante es opcional y la necesidad depende de la naturaleza del gas entrante, por ejemplo, la operación de los fermentadores . La corriente gaseosa desespumante 102 se somete a una primera etapa de compresión en el primer compresor Al__l. El número de las etapas de compresión puede ser cualquier número a partir de 1 y anteriores. El costo de la operación disminuye con el número de compresores; sin embargo esto debe equilibrarse con el costo de adquirir los compresores. En este contexto, el número más económico es tres, como se representa en la figura 1 y 3. La etapa de compresión proporciona corrientes gaseosas comprimidas 103, 104 y 106 respectivamente. Entre los compresores la corriente puede someterse a un intercambio de calor donde sea adecuado.

En la modalidad mostrada un separador A2 se inserta antes del tercer compresor Al_3. Éste sirve para remover las impurezas condensadas 203 principalmente agua, a partir del gas de dióxido de carbono. En general, un separador puede insertarse entre cualquiera de las etapas de compresión, se encuentra dentro de la experiencia de la técnica para determinar donde será necesario. El gas comprimido 106, en la modalidad mostrada, se dirige a un rehervidor A8 , antes de ingresar a la columna de purificación A3. Refiriéndose a la figura 1 la corriente gaseosa caliente 106 entonces se utiliza para evaporar una fracción de la corriente de dióxido de carbono licuado 112_1 a partir de la columna de destilación A5 para proporcionar dióxido de carbono evaporado 112_2, facilitando por lo tanto el proceso de destilación. Otras fuentes de energía pueden también utilizarse.

Como se menciona anteriormente debido a la diferencia en presión entre el proceso y el tanque de almacenamiento, aproximadamente 15-30% del dióxido de carbono líquido formará en un cierto punto gas de descarga. Este gas de descarga puede utilizarse en la columna de destilación en lugar de gas generado por el ejemplo del rehervidor A8.

Por lo menos un compresor Al_l etc. utilizado puede ser cualquier compresor adecuado. Se prefiere que por lo menos un compresor se lubrique, de manera más particular un compresor de tornillo lubricado con aceite ya que éste ahorrará capital y costos de operación. Cuando tal compresor se utiliza se prefiere que un filtro (no mostrado) se utilice antes de la etapa de absorción, particularmente cuando el absorbente utilizado en la etapa de absorción c) sea agua. Cuando el dióxido de carbono es el absorbente, 111, como se muestra en la modalidad de la i. a. figura 1, los residuos de aceite se removerán, y la presencia de un filtro servirá como una precaución adicional asi como un medio para recuperar y reciclar el aceite a los compresores.

El gas rehervido comprimido 107 ingresa a la columna de absorción A3, de preferencia en la sección inferior de la misma. La columna de purificación mostrada es un depurador de dióxido de carbono el cual también se describe en las solicitudes de patente co-pendientes WO2009/127217 y PCT/DK2010/0501 6 incorporadas en la presente para referencia. De este modo, el sistema de columna de absorción comprende, en la modalidad mostrada, un depurador A3 y un rehervidor de depuración de C02 opcional. El rehervidor A10 sirve para minimizar la corriente de residuos rica en contaminantes 204 al rehervir las corrientes de dióxido de carbono liquido del depurador 208 y 206 para proporcionar la corriente gaseosa rehervida 207 la cual se purifica nuevamente en la columna.

El absorbente en la columna de purificación es dióxido de carbono liquido, de preferencia se extrae del proceso adicional corriente abajo. En la modalidad ilustrada, el absorbente es la corriente 111 tomada después de la destilación final antes de la despresurización .

También se contempla que el depurador de dióxido de carbono puede mejorarse de acuerdo con la solución proporcionada en PCT / DK2 0 1 0 / 0 50 17 4 6 en la que la corriente de alimentación comprimida se purifica en una columna de purificación proporcionando por lo menos una corriente liquida rica en contaminantes y una corriente gaseosa pobre en contaminantes y rehirviendo la corriente liquida rica en contaminantes proporcionando una corriente gaseosa y alimentando la corriente gaseosa para la columna de purificación. Una diferencia de presión entre la corriente liquida rica en contaminantes y la corriente gaseosa pobre en contaminantes se proporciona antes de que las corrientes ingresen al rehervidor de manera que la Pcorriente liquida rica en contaminantes Pcorriente gaseosa pobre en contaminantes - De maner más especifica, esto se obtiene al someter la corriente comprimida a a) una etapa de absorción en una columna proporcionando una corriente gaseosa pobre en contaminantes partiendo de la sección superior de la columna y una corriente liquida rica en contaminantes partiendo, opcionalmente de la sección inferior de la columna y en donde la corriente gaseosa pobre en contaminantes partiendo de la sección superior de la columna se somete adicionalmente a las etapas seleccionadas de: 1 : bl) comprimir la corriente gaseosa pobre en contaminantes proporcionando una corriente gaseosa comprimida; el) enfriar la corriente gaseosa comprimida en un rehervidor proporcionando que por lo menos una corriente producto se condense y destile y una corriente gaseosa; y di) alimentar la corriente gaseosa a la columna de purificación en la sección inferior de la columna; y 2: b2) enfriar la corriente gaseosa pobre en contaminantes en un rehervidor proporcionando por lo menos una corriente producto para condensarse y destilarse adicionalmente y una corriente gaseosa; y c2) comprimir la corriente gaseosa proporcionando una corriente gaseosa comprimida enfriada; d2) alimentar la corriente gaseosa comprimida enfriada a la columna en la sección inferior de la columna; y despresurizar la corriente liquida rica en contaminantes partiendo de la sección inferior de la columna antes de ingresar al rehervidor. La despresurización es una modalidad particular obtenida por medio de una válvula.

El depurador de dióxido de carbono puede comprender un inhibidor o eliminador de agua integrado si es necesario. Cuando el gas de inicio se origina a partir de un proceso de fermentación, el gas es muy probable que comprenda etanol, el cual puede servir como inhibidor de agua.

Esta mejora de acuerdo con PCT/DK2010/0501746 particularmente es preferida cuando la corriente comprende muchos contaminantes para minimizar la corriente de residuos rica en contaminantes 204. Esto asegura una alta pureza asi como una alta producción.

Después de la etapa de absorción, la corriente gaseosa rica en dióxido de carbono/pobre en contaminantes se filtra en el filtro A9, el filtro puede ser un filtro mecánico, filtro de carbón activado u otro tipo de absorbente, cuando sea apropiado, removiendo restos de, por ejemplo, H2S. El filtro es opcional.

La corriente filtrada 109 se condensa en . el condensador A4. El condensador puede incorporarse en la columna de destilación A5, como se representa en la figura 1. También se contempla que las unidades se separan como se ilustra en la figura 2, 3 y 5. La condensación se realiza por el refrigerante 301, proporcionando un refrigerante más caliente 302. El refrigerante es cualquier fluido que tiene un efecto refrigerante lo suficiente para condensar el dióxido de carbono en altas presiones contempladas. Se prefiere particularmente un refrigerante presente en la cervecería o embotelladora, por ejemplo, típicamente salmuera que tiene una temperatura entre -5°C y +5°C, tal como -2 o -3°C, utilizado, por ejemplo, para enfriar los tanques de fermentación. Por lo tanto, la condensación se obtiene sin ningún suministro externo de energía o sin agregar equipo adicional en la planta. En una modalidad particularmente preferida (no mostrada) el dióxido de carbono licuado se toma a partir del tanque de almacenamiento A7 y se re-evapora utilizando el refrigerante de entrada 301. En esta modalidad, el dióxido de carbono líquido de preferencia sé toma a partir del tanque de almacenamiento, y el refrigerante se enfria, por medio del dióxido de carbono evaporado, a una temperatura menor antes de ingresar al condensador A4. Después de dejar el condensador A4 la temperatura del refrigerante más caliente 302 puede regresarse a la temperatura como se suministro inicialmente . Por consiguiente, el proceso de condensación es energía completamente neutral la cual es un gran avance económico sobre la técnica anterior.

Después de la condensación, el condensado 111_1 se destila para purificar adicionalmente el dióxido de carbono que proporciona la corriente de dióxido de carbono licuado 112, se contempla que el dióxido de carbono gaseoso surja de la unidad de destilación a i. a. la unidad de condensación como aparecerá a partir de las figuras 1 y 3. Una porción de la corriente de dióxido de carbono licuado 112 puede tomarse como el absorbente 111 cuando el dióxido de carbono líquido se utiliza como el absorbente en la etapa de absorción.

En la figura 2 , otra modalidad del proceso de acuerdo con la invención se muestra. Las señales de referencia de las figuras 1 y 3 también se aplican a la figura 2. Los procesos corriente abajo en la modalidad de la figura 2 se detallan en la figura 5. De este modo, se hace referencia tanto a las figuras 1, 3 y 5. Una variación del rehervidor de depuración C02 , A10_l, se muestra en la figura 2. En esta modalidad el rehervidor de depuración C02 A10 1 se conecta a la corriente dejando el último medio de compresión antes de ingresar a la columna de absorción A3.

En la modalidad mostrada en la figura 4, la cual es una vista detallada del proceso corriente abajo de la modalidad mostrada en la figura 1, la corriente de dióxido de carbono licuado 112 se despresuriza por lo que se . crea una cierta cantidad de gas de descarga. Opcionalmente antes de la licuefacción la corrientes se sub-congela una o dos veces (mostrada) por medio de los sub-enfriadores All y All_l, los sub-enfriadores pueden impulsarse por medio de salmuera o dióxido de carbono o ambas, cualquiera de estas es adecuada para que la corriente particular se enfrie. La proporción del gas de descarga depende de la diferencia en presión. En una modalidad típica, donde la presión se reduce de 35 a 15 bares, 16 bares es el estándar industrial para los tanques de almacenamiento de dióxido de carbono, la cantidad de gas de descarga es de 20% de la corriente total. El líquido y gas se separan en el separador A6 proporcionando el liquido despresurizado 114 para almacenar en el tanque de almacenamiento A . El separador A6, por ejemplo, una columna de destilación de descarga, también proporciona el gas de descarga 113. Este gas de descarga 113, en la modalidad mostrada, regresa a una posición antes de la fase de compresión final, para nuevamente su purificación. Alternativamente, otro compresor puede presentarse entre el separador A6 y el condensador A4 por lo que el gas de descarga 113 puede condensarse y destilarse nuevamente.

En la modalidad mostrada en la figura 5, el condensador 111_1 se despresuriza antes de la destilación. El condensado 111_1 puede encontrarse en la modalidad mostrada, tiene una presión de 47 bares. El condensado 111_1 puede encontrarse en una modalidad preferida más allá de un sub-enfriador, All_l. El propósito de añadir un sub-enfriador es minimizar la cantidad de gas de descarga 113 reciclado para la etapa de compresión y purificación. De este modo, el sub-enfriador reduce el consumo de energía general. El sub-enfriador también puede agregarse por razones técnicas para proteger el equipo, tal como evitar la congelación si el agua se presenta en la corriente gaseosa comprimida 104 de i. a. la figura 1.

Después del sub-enfriador opcional, la corriente sub-enfriada condensada 111_2, se pasa a través de un segundo rehervidor A12, proporcionando la corriente sub-enfriada de alta presión 111_3 fría. La presión de la corriente 111_3 se reduce, por ejemplo, de 47 bares a 16 bares, a la corriente presurizada 114 por lo que una cantidad sustancial de la corriente se evapora y proporciona un gas de descarga el cual puede utilizarse en la etapa de destilación e) en la columna de destilación A5.

En una corriente saturada (es decir, +12°C) aproximadamente 30% de la corriente entrante se evaporará para formar un gas de descarga en el momento en que se reduce en la presión. Cuando la corriente sub-enfriada condensada 111_2 se sub-enfria a +1°C la porción será aproximadamente de 20%, si se sub-enfria a más de 11°C la porción será aproximadamente de 12%.

En esta instalación, la reducción de la presión resulta en la formación de gas de descarga, el gas de descarga puede utilizarse en la etapa de destilación final (etapa e) .

Primero, la corriente sub-enfriada condensada 111_2 ingresa al rehervidor A12. Esta corriente sub-enfriada condensada 111_2 es más caliente que una corriente más fría entrante 111_5_1 que se encuentra en una presión más baja, típicamente en dióxido de carbono líquido tomado de la sección inferior de la columna de destilación A5 en la modalidad mostrada. El calor de la corriente sub-enfriada condensada 111_2 se transfiere a la corriente más fría 111_5_1 para dar la corriente re-evaporada Íll_6 ingresando en la columna de destilación nuevamente. La corriente sub-enfriada de alta presión 111_3 más fría se somete a una reducción de presión por lo que incluso la corriente despresurizada de fase mezclada más fría 111_4 se proporciona. La corriente despresurizada 111_4 ingresa a la columna de destilación A5 donde la fracción líquida se purifica por la corriente gaseosa re-evaporada en contracorriente 111_6 proporcionando el dióxido de carbono liquido purificado 111_5. El dióxido de carbono liquido purificado 111_5 se divide en dos fracciones 111_5_1 (la corriente más fría) , y 111_5_2 (el producto) del cual 111_5_1 se alimenta para el rehervidor A12 y 111_5_2 es el producto.

Por esta razón, la etapa de destilación es energía neutral ya que no existe la necesidad de suministro externo de calor o frió.

En comparación con la modalidad mostrada en la figura 4, el calor suministrado al rehervidor A8 que se origina a partir del proceso corriente arriba como se muestra en la figura 3 (y figuras 1 y 2), no es necesario.

En cambio, la modalidad mostrada en la figura 5 puede ser benéfica para incluir una etapa de intercambio de calor adicional por medio del intercambiador de calor A18, en una posición después del último compresor Al_3 para extraer el calor del sistema. Esto reducirá la cantidad de salmuera utilizada más allá de la corriente abajo en el proceso en el condensador A4 donde se licúa el dióxido de carbono.

Esta extracción de calor se efectúa por medio del intercambiador de calor utilizando agua o aire refrigerante. Cuando se inserta el intercambiador de calor después de la etapa de compresión b) , esta modalidad utiliza menos energía que la modalidad de la figura 1 ya que la corriente 106 se enfria, por ejemplo, por aire o agua refrigerante en lugar de salmuera .

En otra modalidad preferida (mostrada tanto en las figuras 4 y 5) una segunda etapa de intercambio de calor combinada con una etapa de re-evaporación se inserta después de la etapa de condensación d) . Esta modalidad es benéfica tanto en la modalidad de destilación de alta y baja presión de las figuras 4 y 5, respectivamente.

En esta modalidad particular el gas se purga 110 (corriente de dióxido de carbono gaseoso) que deja el condensador A4 pasa a un segundo condensador A13 conectado a un bucle con una válvula A14 o medio similar para reducir la presión del gas de purga 110, por ejemplo, de 47 a 16 bares similar a la despresurización descrita para la modalidad ilustrada en la figura 5. Esta despresurización también resulta en una corriente de fase mezclada que comprende hasta 30% del gas de descarga. La reducción en presión conlleva a una reducción de la temperatura de aproximadamente 30%, en esta modalidad de -34 °C a -44 °C debido al contenido de gases no condensables.

La corriente que se enfria a -44 °C conlleva a que menos dióxido de carbono se presente en la corriente de purga final 118. De este modo, el resultado de insertar esta etapa de condensación adicional del gas de purga 110 que viene desde la primera etapa de condensación d) es que la cantidad del dióxido de carbono eliminado con la corriente de purga final 118 se reduce de manera marcada, es decir de 1300 kg/h a 190 kg/h para el ejemplo ilustrado. Por lo tanto, la producción total del dióxido de carbono se incrementa.

También se contempla en una modalidad preferida que el gas de descarga 113 se utiliza directamente en la linea de producción de cervecería como gas de protección o para carbonatar las bebidas.

Finalmente, se contempla que el gas se condensa utilizando el efecto de enfriamiento de la reevaporación del dióxido de carbono líquido.

El dióxido de carbono licuado almacenado puede tomarse del tanque de almacenamiento como corriente almacenada 116 y re-evaporarse para su uso en la cervecería. Para la re-evaporación el refrigerante 301 de preferencia se utiliza antes de ingresar al condensador A4 como se detalla en lo anterior.

También se contempla que los intercambiadores de calor, bombas, válvulas, etc. se presenten en el momento adecuado para comenzar y mantener la presión deseada, temperatura y otros parámetros a través de todo el método. Tales provisiones se encuentran dentro de la experiencia de la técnica.

Refiriéndose ahora a la figura 6, otro aspecto particular y modalidad de la invención se describirá en detalles adicionales.

En el momento de i. a. carbonatar las bebidas en la cervecería el dióxido de carbono licuado puede tomarse del tanque de almacenamiento A7 o directamente de la etapa de destilación e) como, por ejemplo, el gas de descarga 113.

El dióxido de carbono licuado 116 del tanque o columna de destilación que tiene una temperatura típicamente en el margen de -30°C a 20°C y una presión típicamente en el margen de 10 a 55 bares en la modalidad se re-evaporará mediante el uso de un primer medio de intercambio de calor A15, de preferencia un evaporador, al contactar la corriente de dióxido de carbono licuado 116 con un refrigerante 401, por ejemplo, salmuera, tomada de la cervecería.

Por esto, la temperatura refrigerante 401 disminuye de, por ejemplo, -5°C a -8°C, y la temperatura de la corriente de producto calentado 117 dejando el primer medio de intercambio de calor A5 puede incrementar a, por ejemplo, -6°C. Puede obtenerse una temperatura de 25°C por dos o más etapas de intercambio de calor donde la segunda etapa y adicionales típicamente no se efectúan al utilizar salmuera, sino agua, aire u otro medio más caliente (no mostrado) . El refrigerante resultante 402 en una modalidad particularmente preferida se utiliza como refrigerante (301 en el proceso de la figura 1 como el medio de condensación A4 de la figura 1), por lo que la temperatura del refrigerante incrementará típicamente a la temperatura inicial de la salmuera, es decir, -5°C y puede utilizarse nuevamente en la cervecería como tal.

Además, la corriente de producto calentado gaseosa más caliente 117 se expande por medio de un expansor A16. La temperatura y presión de la corriente de producto expandido 119 puede ser de -55 a -20°C y 5-7 bares, respectivamente. La corriente de producto expandido 119 se calienta al utilizar un segundo medio de intercambio de calor A17.

En el segundo medio de intercambio de calor A17 el calor es una modalidad particular efectuada al utilizar un refrigerante más caliente 501, tal como el refrigerante más caliente 302 de la figura 1. De este modo, el refrigerante más caliente 302/501 puede tener el mismo origen como, el refrigerante utilizado para el primer medio de intercambio de calor A15, el refrigerante caliente (302 de la figura 1) que deja al condensador A4 , o puede tomarse directamente de un tanque de almacenamiento refrigerante (no mostrado) . La expansión y las etapas de calentamiento respectivas pueden realizarse en una o más etapas.

La energía de refrigerante obtenida puede utilizarse por ejemplo en el condensador A .

La corriente de dióxido de carbono gaseosa 120 que deja el segundo medio de intercambio de calor Al puede tener una temperatura de aproximadamente 5-25 °C y una presión de 1-6 bares y puede utilizarse en la destilería/embotelladora, etc. como tal.

Mediante el uso del primer y segundo medios de intercambio térmico (A15 y A17) entre 90 y 115kWh de energía fría por tonelada de dióxido de carbono puede recuperarse. Además, al utilizar el expansor A16 adicionalmente de 10 a 20kW de energía puede recuperarse en comparación a un proceso convencional utilizando una válvula e intercambiador de calor. La energía recuperada puede utilizarse para trabajo de compresión en algún otro sitio en el proceso de recuperación de dióxido de carbono, en la cervecería o cualquier otro lado .

También se contempla que este último aspecto y/o modalidad se implemente en cualquier sitio donde el dióxido de carbono licuado se re-evapora para su uso y no debe restringirse al método de la invención.

Claims (17)

REIVINDICACIONES

1. Un método para recuperar dióxido de carbono a partir de una corriente de dióxido de carbono gaseosa que se origina a partir de un proceso de fermentación o una linea de embotellamiento, el método que comprende las etapas de: a) proporcionar la corriente de dióxido de carbono que se origina a partir del proceso de fermentación o linea de embotellamiento; b) comprimir la corriente de dióxido de carbono proporcionada mediante por lo menos una etapa de compresión proporcionando una corriente gaseosa comprimida; c) someter la corriente gaseosa comprimida a una etapa de absorción proporcionando por lo menos una corriente gaseosa rica en dióxido de carbono; d) condensar la corriente gaseosa rica en dióxido de carbono en un condensador proporcionando por lo menos un condensado y un gas de purga; e) destilar la corriente de dióxido de carbono liquida para proporcionar dióxido de carbono purificado, en donde la presión de la corriente gaseosa comprimida obtenida en la etapa b) es por lo menos de 30 bares, la temperatura se encuentra dentro de un margen donde no existe sustancialmente una condensación de dióxido de carbono y que la presión se mantiene en por lo menos la etapa d) y en donde la condensación de la etapa d) se realiza mediante un refrigerante presente en la cervecería, o embotelladora, por ejemplo, salmuera.

2. El método de acuerdo con la reivindicación 1, en donde el absorbente de la etapa c) es agua o dióxido de carbono líquido, de preferencia dióxido de carbono líquido.

3. El método de acuerdo con la reivindicación 1 ó 2, que además comprende la etapa de transferir el dióxido de carbono destilado y condensado en un tanque de almacenamiento que tiene una presión que es menor que la presión de condensación de la etapa d) , por lo que la adición del dióxido de carbono líquido se realiza una corriente gaseosa y en donde la corriente gaseosa se procesa adicionalmente .

4. El método de acuerdo con la reivindicación 3, en donde el procesamiento adicional se selecciona de: transferir como un producto a una planta de producción de bebidas, condensada y transferir a un tanque de almacenamiento, y alimentar en la etapa de compresión b) o en la etapa de destilación e) .

5. El método de acuerdo con cualquiera de las reivindicaciones precedentes, en donde la condensación de la etapa d) se realiza mediante un refrigerante utilizado en el proceso de fermentación, tal como una salmuera que comprende un glicol o una sal.

6. El método de acuerdo con la reivindicación 3 y 5, en donde el dióxido de carbono destilado y condensado se re-evapora por un refrigerante, de preferencia mediante el refrigerante antes de la etapa de condensación d) .

7. El método de acuerdo con cualquiera de las reivindicaciones precedentes, en donde por lo menos una etapa de compresión se realiza por medio de un compresor lubricado, de manera más preferida un compresor de tornillo lubricado con aceite.

8. El método de acuerdo con la reivindicación 7, en donde el absorbente de la etapa c) es un dióxido de carbono liquido .

9. El método de acuerdo con cualquiera de las reivindicaciones precedentes, que comprende las etapas de compresión 2 ó 3.

10. El método de acuerdo con cualquiera de las reivindicaciones precedentes, en donde la corriente gaseosa comprimida se filtra antes de la condensación de la etapa d) , de preferencia por medio de un filtro mecánico y/o absorción.

11. El método de acuerdo con cualquiera de las reivindicaciones 1-2 y 4-10, en donde la presión se reduce después de la etapa de condensación d) y la destilación de la etapa e) se realiza en la presión reducida.

12. El método de acuerdo con la reivindicación 11, en donde la presión reducida es presión estándar aplicada en la industria para almacenar el dióxido de carbono, tal como aproximadamente 15 a 18 bares, de preferencia aproximadamente 16 bares.

13. El método de acuerdo con cualquiera de las reivindicaciones precedentes, que además comprende la etapa f ) de someter el gas de purga obtenido en la etapa d) a una etapa de condensación combinada y re-evaporación, en donde la re-evaporación se realiza en una presión inferior que la presión del gas de purga obtenido en la etapa d) , de preferencia una presión estándar aplicada en la industria para almacenar . el dióxido de carbono, tal como aproximadamente 15 a 18 bares, de preferencia aproximadamente 16 bares.

14. El método de acuerdo con la reivindicación 13, en donde la presión se reduce por medio de una válvula.

15. El método de acuerdo con cualquiera de las reivindicaciones precedentes, en donde el dióxido de carbono destilado se almacena en un tanque de almacenamiento de dióxido de carbono.

16. Un método para re-evaporar el dióxido de carbono liquido, por ejemplo, obtenido por los métodos de cualquiera de las reivindicaciones precedentes, para proporcionar una corriente de dióxido de carbono gaseosa para utilizar en una producción que necesite dióxido de carbono gaseosa, que comprende las etapas de a) proporcionar dióxido de carbono liquido, por ejemplo, a partir de una fuente seleccionada de un tanque de almacenamiento, dióxido de carbono destilado a partir de una unidad de destilación o dióxido de carbono condensado a partir de una unidad de condensación; b) evaporar el dióxido de carbono liquido en un medio de intercambio de calor para proporcionar una corriente de dióxido de carbono calentado gaseosa; c) expandir la corriente de dióxido de carbono calentado gaseosa para proporcionar una corriente de dióxido de carbono calentada gaseosa; y d) calentar la corriente de dióxido de carbono calentada gaseosa expandida para proporcionar una corriente de dióxido de carbono gaseosa para su uso en una producción que necesita un dióxido de carbono gaseoso.

17. El método de acuerdo con la reivindicación 16, en donde el frió producido a partir de la expansión se recupera y/o trabajo eléctrico o mecánico se genera mediante el expansor.