二氧化碳回收

啤酒工廠二氧化碳回收、凈化與提純的注意事項

周建華

【摘要】充分利用二氧化碳回收、凈化與提純技術,生產出高純度、潔凈、無雜味

的二氧化碳應用于啤酒生產,以提高啤酒的新鮮度,降低生產成本、保護環境,實現循

環經濟和可持續發展.詳細闡釋了在二氧化碳回收、凈化與提純過程中的關鍵工序、

設備控制點、循環使用要求等應注意的事項.(丹妮)

【期刊名稱】《釀酒科技》

【年(卷),期】2011(000)007

【總頁數】4頁(P102-104,107)

【關鍵詞】啤酒生產;二氧化碳;回收;凈化;提純;注意事項

【作者】周建華

【作者單位】煙臺啤酒青島朝日有限公司，山東,煙臺,264009

【正文語種】中文

【中圖分類】TS262.5;TS261.4;X797

現代化的啤酒生產過程除麥汁冷卻過程需要充氧外，其他生產過程（包括釀造、包

裝過程）均需要隔絕氧氣，盡量減少氧的攝取。所以，就需要在釀造容器、灌裝機

充有隔絕氧氣的惰性氣體，并需要輸送配管密閉、潔凈。二氧化碳是構成啤酒泡沫

和殺口的骨架成分，它參與了啤酒釀造過程，與氧氣形成競爭抑制，也是最好隔氧

的惰性氣體。由于二氧化碳也是啤酒發酵過程的副產物之一，其經回收、凈化和提

純處理后既得到綜合利用，減少了溫室氣體的排放，保護了環境，提升了啤酒的新

鮮度，又可以降低成本，而被啤酒生產廠家競相采用。但啤酒發酵過程產生的大量

二氧化碳氣體中夾帶高級醇、酒精、DMS及二氧化硫等有異雜味的物質，需要經

過物理處理后，除去異雜味物質而得到口味純凈、純度達到標準要求的二氧化碳。

再經提純后的二氧化碳氣體就可用于啤酒過濾填充和制備脫氧水填充，亦可用作排

氧與背壓。純凈的二氧化碳氣體也是啤酒口味干凈、天然的保證。

發酵過程產生的二氧化碳氣體經過除沫器、氣囊、水洗塔、壓縮機、前后冷卻器、

吸附過濾器、干燥塔、精過濾器等處理后，二氧化碳氣體中夾帶的泡沫、高級醇、

酒精、硫化物、碳氧化合物、DMS和水分等雜質被除去，成為含有微量氧氣，氮

氣的高純度，潔凈的二氧化碳液體，此時二氧化碳純度可達到99.95%左右。而純

度達99.95%左右的二氧化碳很難滿足過濾填充和脫氧水制備填充的純度要求，只

有經過進一步提純達到99.985%以上純度的二氧化碳，才能滿足過濾出清酒液的

Do值（溶解氧）≤50PPb，脫氧水的Do值≤20PPb的目標要求。

依據物料衡算式可知：100kg無水浸出物理論值可產生48.9kg的二氧化碳，通

常CO2的實際回收量是以100kg浸出物產生40kgCO2為基準來計算的。一般

情況下每1kg12莓P麥汁實際回收CO220kg左右，若配置提純系統，起始回

收CO2純度可適度低些，回收率會有所提高。

若出現CO2產量不足時，首先，要分析設備的最大回收能力是否能滿足啤酒發酵

的最大CO2產出能力，即產出與回收是否匹配；其次，建立CO2回收量的日核

算制度，并對生產過程的異常情況及時分析與排查；再次，經常檢查確認啤酒發酵

罐和CO2回收系統的配管閥門和氣囊是否存在泄漏的情況；根據回收罐CO2液

體儲存數量情況，及時調整開始回收的時間，如果儲存量較多，則可以延遲回收時

間；還要檢查CO2除沫器、水洗塔、超壓保護的水位是否保持正常狀態；檢查回

收系統冷凍機運行是否正常，制冷劑是否充足，CO2液化是否正常；檢查CO2壓

縮機運轉狀況（包括密封狀況、初級和二級排氣壓力是否正常等）；最后，檢查干

燥器的除水效果是否正常，檢查回收過程中非凝性氣體的排放是否正常等。

2.2.1二氧化碳回收管路系統設計

二氧化碳回收管路系統應按照發酵系統最大產出二氧化碳的流量進行設計，并避免

發酵罐出現積壓。在設計時要注意避免出現積水、氣隔或泡沫的死角，并且對于二

氧化碳夾帶的泡沫，以及附著于回收管路的揮發物質等，能夠實現刷洗，保證管路

的清潔。此外，二氧化碳管路光滑程度、無殺菌死角等應與啤酒工藝管道要求相同。

2.2.2二氧化碳中攜帶揮發性物的排除

在發酵過程中釋放出來的二氧化碳含有嫩啤酒中的一些揮發物質，如高級醇、酒精、

醛類、酯類、酮類、硫化物等，在二氧化碳回收過程中被壓縮之前，經洗滌、吸附

等過程盡量排除干凈，保證回收二氧化碳的清潔、無異味。如果回收的二氧化碳經

品評后有異味，則應：檢查所有的設備回收能力是否與當前流量匹配，特別是

CO2洗滌塔和活性炭吸附器；檢查除沫器和洗滌塔的水噴淋效果；檢查洗滌塔的

水源和流量是否正常；檢查洗滌水是否存在異味；確認活性炭型號和吸附器中使用

的活性炭是否正確；確認活性炭干燥劑在更換周期是否正常；確認活性炭吸附器再

生溫度、再生周期是否正常；檢查在二氧化碳系統中使用的材料是否符合要求；檢

查二氧化碳回收系統的微生物狀況，以及CIP刷洗頻次是否正常。

2.2.3回收處理后CO2純度偏低

經回收液化后的二氧化碳純度應達到99.98%以上，再經提純純度達到99.995%

以上，主要用于脫氧水的制備和清酒液的填充。若檢測二氧化碳中的氧含量偏高，

首先，應檢查開始回收前的發酵罐內空氣的排空是否按要求操作；其次，要檢查除

沫器前，二氧化碳氣體純度是否達到要求；再次，要檢查二氧化碳貯罐的氣相純度

是否≥99.85%；還要檢查發酵罐二氧化碳回收時間是否正確、回收的管道是否連

接有誤；檢查二氧化碳除沫器和洗滌塔用水的用水量以及含氧量是否正常；檢查回

收過程的非凝性氣體的排放是否正常；最后，要確認系統是否存在泄漏現象，確認

活性炭吸附器和干燥再生后是否是用二氧化碳吹掃排空。

2.2.4二氧化碳回收的主要工序

2.2.4.1二氧化碳回收前的配管排空處理

發酵過程最先產生的二氧化碳，夾雜著大量的空氣，含氧量較高，不適合直接回收

處理。因此，在回收凈化前要先行排空，除去含氧量較高的二氧化碳，達到回收要

求最低二氧化碳純度要求后方可實施。具體排空時間應依據發酵罐的類型、結構、

罐容積、發酵工藝、酵母菌種等參數綜合確定。

二氧化碳開始回收時間應在發酵罐滿罐后36h左右，當發酵罐內二氧化碳純度

≥99.99%時，開始回收，直至主發酵接近完畢時停止回收。在生產旺季如回收能

力不足或回收后二氧化碳純度不滿足要求時，可以推遲40h左右開始實施。

如果工廠已經配置了提純設施，則應根據提純設施的效能，將開始回收時機適當提

前，適度降低開始回收二氧化碳氣體的純度，以提高二氧化碳的收得率，但應注意

二氧化碳氣體的純度最低不能低于95%。如果發酵氣體低于95%進行回收再提純，

從制得的二氧化碳的價值和整個回收及提純系統的運行成本綜合考慮，則不適宜。

2.2.4.2除沫工序

除沫的主要目的是除去從原料氣體中攜帶的大量泡沫，防止泡沫進入二氧化碳回收

系統。原料二氧化碳氣體中的泡沫，經過由除沫器頂部噴出的高壓水稀釋夾帶而除

去，然后，泡沫水經除沫器底部的溢流裝置排出。

除沫器用水可使用經過洗滌塔處理的水或脫氧水，避免因為除沫造成二氧化碳的氧

含量升高。高壓水的壓力參數以有效擊碎泡沫為準，噴水量應在保證除沫效果的前

提下，盡量做到使用量最小最優。

除沫器需要配置合視鏡，便于觀察除沫器內部水的噴射狀況，以保證高壓水與泡沫

保持均衡，并防止噴頭堵塞。除沫器應利用CIP系統刷洗。考慮到發酵罐區至除

沫器的管路的CIP，除沫器設置在發酵間最好。

2.2.4.3洗滌工序

水洗塔水洗主要是除去二氧化碳中夾帶的酒精（除去夾帶的99.5%以上酒精）。

經除沫后的二氧化碳氣體自洗滌塔底部進入，自下而上通過填料層，與新鮮的洗滌

水對流，以便除去二氧化碳中可溶解于水的大部分醇類、水溶性雜質和細小顆粒。

洗滌用水的溫度不宜超過20℃，水溫越低，越容易溶解乙醛及其他有機物，最好

使用5℃左右的冰水或脫氧水。二氧化碳氣體經水洗塔的洗滌后，溶解氧含量會進

一步降低，可在除沫器中再次使用。洗滌水量控制的依據是在保證洗滌效果的前提

下，盡量以最小的水量來洗滌盡可能多的氣體。過低的水流量不能完全溶解二氧化

碳氣體中的雜質，過高的水流量則會造成浪費，并且會導致二氧化碳內含氧量的增

加。

洗滌用水可采取連續進新鮮水洗滌或者采取定時補充新鮮水洗滌的方式。洗滌水量

推薦為：新鮮補充水：1t/1000kg·h二氧化碳；洗滌用水應及時補充新水、定期

更換與品評，確保口味純凈。

洗滌塔內應設置水分配器、填料層、液位計、溫度計等。填料層應耐酸堿、耐熱，

可使用不銹鋼或聚丙烯材質。洗滌塔建議使用單洗滌塔。單洗滌塔完全可以保證洗

滌效果，此外，從投資成本、運行成本和維護保養方面考慮，都比較經濟、方便。

2.2.4.4二氧化碳氣囊工序

二氧化碳氣囊主要是用于平衡發酵罐系統和二氧化碳回收系統的壓力，為二氧化碳

原料氣和壓縮機之間提供緩沖，使二氧化碳的產生速度和回收設備的能力保持一致，

確保壓縮系統的良好運行。為保護氣囊，應在洗滌塔的底部配置水封，或安裝超壓

或低壓的保護裝置。氣囊應無任何氣味，耐微酸性腐蝕，并可持久耐用。由于壓縮

機的負荷是有氣囊的充盈狀況控制，所以，氣囊的容積決定了壓縮機的開停頻率。

2.2.4.5初級汽水分離工序

從洗滌塔出來的二氧化碳如果流速較大，可能會帶出許多液態水，這些液體水對壓

縮機會造成極大的危害，必須在進入壓縮機前盡量多地除去。

2.2.4.6二氧化碳壓縮工序

除水后的二氧化碳氣體開始進入無油水冷的二級二氧化碳壓縮機進行壓縮。壓縮機

應配有中間和后冷卻器，水分離器和排放冷凝水或循環水作為冷卻介質，在冷卻過

程中，會產生大量冷凝水，應通過汽水分離器和冷凝水排放系統進行排放。若一級

壓縮后冷卻器配置自動疏水閥，可以保護二級壓縮機；二級壓縮機后冷卻器加裝自

動排水器，避免二氧化碳夾帶水。二氧化碳壓縮機的排氣壓力應定期檢查，如果出

現高出設備設計壓力時，則可能是二氧化碳來氣不純，或者后續系統出現了故障所

致，應及時檢查確認排查。

2.2.4.7預冷卻工序

經壓縮后的二氧化碳含有大量的水蒸氣，在經過活性炭吸附之前，先經過預冷卻器，

降溫至5℃左右，通過降溫使大部分水蒸汽形成冷凝水。預冷卻使用液氨或氟利昂

作為冷卻介質。經過預冷卻除水，可以進一步降低二氧化碳中的水分含量。若有的

回收系統設計二氧化碳經過二級壓縮及冷卻，水分的含量即達到較低的水平，也可

不配置預冷卻器。

2.2.4.8二級汽水分離工序

經過預冷卻產生的大量冷凝水，在二級汽、水分離器中除去。該部分冷凝水可作為

洗滌塔的補充水，以降低溫水的消耗，但應杜絕將二氧化碳氣體直接排放到洗滌塔。

二級汽水分離的主要目的在于防止經預冷卻后的二氧化碳攜帶液態水進入活性炭，

降低活性炭的吸附效果，減輕干燥器的負擔，保證干燥器的露點滿足要求。

2.2.4.9活性炭吸附工序

活性炭吸附主要除去二氧化碳中夾帶的硫化物及碳氫化合物。二氧化碳進行活性炭

吸附，用于去除二氧化碳中所含的不溶于水的揮發性物質及雜質等。活性炭吸附裝

置應平行配置2組，便于一組再生時，另一組正常工作。一般情況下，活性炭過

濾二氧化碳12～24h后，需要用蒸汽再生1次，如果出現二氧化碳口味異常，應

增加再生頻率。

2.2.4.10干燥工序

干燥塔干燥主要是除去水分和DMS等雜質。經活性炭吸附后的二氧化碳所含的水

分，在進入冷凝器前，應盡量冷凝去除，使其露點溫度低于-60℃，否則會在冷凝

器和管路內結冰。干燥塔內應裝有經過活化的氧化鋁或分子篩干燥劑，并應平行配

置兩組，以便其中一組再生時，另一組能正常運作。

2.2.4.11過濾工序

在干燥器出口應配置棉花筒過濾器，防止干燥劑等細小顆粒隨二氧化碳氣體進入后

續系統。需要注意的是經過過濾器后，若管道壓力下降比較明顯，說明過濾器吸附

的顆粒或雜質較多，需要檢查確認后更換。

2.2.4.12冷凝工序

二氧化碳冷凝器傾斜放置，便于二氧化碳與非凝性氣體的分離。管內是冷卻劑，管

外夾套內是二氧化碳。氣相二氧化碳降溫至-20～-30℃，經冷凝為液相二氧化碳，

利用自身重力流入外面的液體二氧化碳罐內。

2.2.4.13貯罐貯存工序

由于回收二氧化碳和使用二氧化碳并非同步，需要配置二氧化碳貯罐進行平衡。為

提高貯罐內液體二氧化碳的純度，貯罐上部積存的非凝性氣體需要定期排放。外購

的二氧化碳應與回收的二氧化碳分開貯存。貯罐內的二氧化碳若品評出現異常時，

應開罐清理確認：首先，排空；其次，安全檢查；再次，清理操作、最后使用。

2.2.4.14汽化工序

使用二氧化碳前，液態二氧化碳先經過蒸發器，使液態二氧化碳蒸發為氣態二氧化

碳，經過減壓至0.6MPa左右分送至各個使用工序。汽化器可使用飽和蒸汽作為

汽化媒介，注意，二氧化碳出口溫度應控制在5～20℃范圍內，防止汽化器結冰，

回收二氧化碳的汽化器下游應安裝0.5μm活性炭過濾器。

2.2.4.15提純工序

二氧化碳提純的工作原理與蒸餾類同，也是根據各物質不同的沸點和溶解性來分離

混合物的。通過提純使溶解性的氧氣從液態二氧化碳中分離出來，進而提高液體二

氧化碳的純度。

通常，發酵罐、清酒罐的背壓氣體是純度較高的二氧化碳氣體，并且數量很大，可

以回收利用，以提高二氧化碳的使用效率。啤酒工廠不同工序對二氧化碳純度的要

求如下：

①發酵罐背壓、裝酒機排氧、送酒管路排氧、管道酒液壓送；≥99.95%；②過濾

機系統排氧、清酒罐的背壓排氧：≥99.98%；③稀釋系統排氧、稀釋水制備、清

酒二氧化碳填充：≥99.99%。

包括回收、貯存、供氣系統，如果長時間不進行刷洗和殺菌，不僅可能滋生微生物，

還會導致回收的二氧化碳氣體出現異味，因此，需要定期對二氧化碳回收、貯存、

供氣系統進行CIP，原則頻次為每季度1次，如檢測有微生物，可以臨時組織對系

統和輸送配管實施CIP。

①工作環境空氣中的二氧化碳濃度超過3%時，則會出現呼吸困難、頭疼、眩暈、

嘔吐等癥狀；若二氧化碳濃度超過10%時，則可引起視力障礙、痙攣、呼吸加快、

血壓身高、意識喪失等；若二氧化碳濃度超過25%時，則會出現中樞神經的抑制、

昏睡、痙攣、甚至窒息死亡。因此，在清理帶二氧化碳的釀造容器、二氧化碳貯罐

等容易造成局部缺氧的作業時，尤其要注意工作環境二氧化碳濃度檢測，并經常檢

查通風防護措施的有效性。

②若不小心接觸到液態或固態二氧化碳，將會導致人體生理組織器官的凍僵或凍傷，

并且出現低溫“灼傷”。

由于二氧化碳的存在對人體可能造成傷害的風險，就需要嚴格安全管理制度，培訓

到位，落實到實處。

啤酒工廠二氧化碳的回收、凈化與提純處理是一個復雜的系統工程，需要注意的事

項很多，應在日常工作中不斷去摸索和掌握其規律。充分利用二氧化碳回收、凈化

與提純技術，生產出高純度、潔凈、無雜味的二氧化碳應用于啤酒生產，不僅可以

減少酒液與氧的接觸機會，提高啤酒的新鮮度，而且還可以降低生產成本、減少溫

室氣體排放保護環境，實現循環經濟和可持續發展。●