Применение диоксида углерода в современных технических условиях

С оживлением экономики в различных сферах производства растет спрос на диоксид углерода (СО2) в газообразном, жидком и твердом виде (сухой лед).

В машиностроении диоксид углерода используется:

  • При проведении электросварочных работ в качестве инертной газовой среды для защиты сварного шва от окисления.
  • При производстве стального и чугунного литья на этапе сушки стержней и литейных форм.
  • При холодной обработке металлов резанием для охлаждения обрабатываемой детали и режущего инструмента (это сокращает продолжительность обработки и повышает стойкость режущего инструмента в несколько раз).

Системы пожаротушения с использованием СО2 применяют для тушения возгораний различных материалов и оборудования, а также при возгораниях в помещениях, где необходимо или желательно использование инертной неэлектропроводной среды.

Диоксид углерода применяют для низкотемпературной сублимационной сушки и ароматизации различных продуктов при атмосферном давлении.

 

Из газа в твердое состояние

Сжиженный СО2, насыщенный ароматическим веществом, путем дросселирования переходит в твердое состояние. Ароматизированный снег из диоксида углерода при атмосферном давлении смешивается с веществом, которое подвергается ароматизации. Вещество ароматизируется, а сухой лед самопроизвольно сублимируется. Огромным спросом диоксид углерода пользуется в перерабатывающих отраслях пищевой промышленности, где применяется как хладоагент, в качестве защитной атмосферы при хранении пищевых продуктов, для фумигизации пищевых хранилищ и других складских помещений. Наряду с этим возрастает потребность в сжиженном диоксиде углерода при производстве газированных напитков (естественные и искусственные воды, шипучие газированные напитки, пенящиеся игристые вина и им подобные).

Производство газированных напитков представляет собой по существу насыщение подлежащей розливу продукции углекислым газом под давлением 5 – 6кгс/см2, что соответствует температуре 5оС при содержании СО2 примерно 12 грамм на литр. Для производства пенистых напитков давление сатурации доводится до 8 кгс/см2,то есть содержание СО2 повышается до уровня примерно 15 г/л. Отсюда следует, что посредством одного баллона нормального типа вместимостью до 25 кг можно обеспечить сатурацию 1250 –1600 литров жидкости. В соответствие с разработанной программой производственного контроля, на предприятии ведется контроль за хранением, утилизацией газовых баллонов в рамках осуществления мероприятий по безопасности производства.

Применяется диоксид углерода и для сохранения в свежем виде различных фруктовых соков, не прошедших стадии ферментации и брожения. Такое хранение ведется в больших емкостях (цистернах). Цистерны предварительно полностью заполняются водой для того, чтобы вытеснить воздух. После этого подачей СО2 вытесняется в свою очередь и вода. Далее с помощью насоса СО2 откачивается и емкость заполняется соком или суслом, а также газом для сатурации содержимого цистерны.

Сырье для получения

Широкий диапазон применения и возрастающий спрос на диоксид углерода, вызванный ростом объемов производства, особенно в перерабатывающих отраслях, обуславливают потребность в расширении производства этого продукта как в сжиженном виде, так и в виде сухого льда.

Для получения диоксида углерода можно использовать различное сырье:

  • дымовые газы от сжигания различного топлива;
  • экспанзерные газы от производства аммиака;
  • отходящие газы при производстве мыла;
  • отходящие газы при производстве защитного азотного газа;
  • газы брожения.

 

Наиболее приемлемыми источниками для производства диоксида углерода являются дымовые газы и газы брожения.

Самым распространенным в промышленности методом получения СО2 является выделение его из дымовых газов теплоиспользующих установок (котельные, газовые турбины, выхлопные газы двигателей внутреннего сгорания и др.). Освоенные промышленностью способы выделения СО2 основаны на абсорбции углекислого газа раствором химического растворителя моноэтаноламина.

Способ получения диоксида углерода и его недостатки в настоящих технических условиях

Существенным недостатком этого способа является необходимость в греющем паре, деминерализованной воде и жидком сорбенте, что предопределяет применение разнообразного насосного оборудования для перемещения технологических потоков, громоздкость устройства, а также значительную сложность в управлении процессом. При этом наличие экологически вредного раствора моноэтаноламина создает трудности с охраной окружающей среды.

 

Более предпочтительны газы, получаемые в процессе сбраживания крахмалосодержащего сырья при производстве спирта, представляющие собой чистый углекислый газ при установившемся процессе брожения (98 – 99,5% об.).

 

Кроме диоксида углерода, как основного компонента, в газах брожения содержится:

  • воздух,
  • водяные пары,
  • спирты,
  • альдегиды,
  • органические кислоты
  • сложные эфиры.

Тех условия и требования к технологическому процессу

Количественный состав газов брожения в зависимости от интенсивности брожения может изменяться. Для сравнения приводим основные технико-экономические показатели углекислотных станций равной мощности, использующих дымовые газы и газы брожения (см. таблицу внизу).

Сравнение приведенных показателей свидетельствует в пользу производства диоксида углерода из газов брожения, которое можно осуществить по следующей схеме:

  1. Газгольдер
  2. Промывные колонки
  3. Конденсация газообразного диоксида углерода
  4. Наполнение изотермической емкости, баллонов или получение сухого льда
  5. Транспортная емкость

 

Принципиальная технологическая схема получения сжиженного диоксида углерода и сухого льда из газов брожения приведена на рис. 1.

тех условия для получения диоксида углерода схема

Как показано на схеме, газы брожения из газольдера подаются на промывные колонки (1,2), где орошаются водой и слабым раствором КMnО4.

  1. Очищенный от примесей газ поступает на компрессор (3)
  2. и далее через блок очистки и сушки (4) – на конденсатор испаритель (5).
  3. Отсюда сжиженный диоксид подается в изотермическую емкость (6).

Из изотермической емкости сжиженный диоксид углерода может подаваться на:

  1. гранулятор (8) для получения сухого льда;
  2. установку для наполнения баллонов (9);
  3. транспортную емкость (7).

Технические условия для баллонного вида отгрузки

Необходимость устройства сухоледного отделения, как и выбор баллонного или без баллонного вида отгрузки продукции потребителям, определяется спросом и условиями реализации. В общем случае организацию производства сжиженного диоксида углерода можно осуществить в течение 6 месяцев, в эти же сроки можно заказать паспорт на продукцию, оформить ТУ, сертификат соответствия продукции гост р. Необходима ли регистрация технических условий, нужно уточнять. Требования могут меняться.

Определение стоимости продукции и оплата технических условий для производства необходима для расчетов сроков окупаемости.

Срок окупаемости капиталовложений на строительство цеха по производству сжиженного диоксида углерода и сухого льда из газов брожения при наличии спроса на продукцию в регионе не превышает 1 года.

Привезенцев В.А., Вдовина В.В., институт “Гипрохолод»

 

№ п/пНаименование показателя броженияНа базе

газов котельной

На базе дымовых газов
1Производительность5 т/сутки5 т/сутки
2Режим работыКруглосуточноКруглосуточно
3Площадь производственных помещений123 м2360 м2
4Площадка под оборудование вне здания72 м2140 м2
5Установленная мощность110 кВт280 кВт
6Потребность в оборотной воде10м3/час80 м3/час
7МЭА5 кг/т СО2
8Расход пара: Р=3 кгс/см21,6 т/час
Р=4 кгс/см20,2 т/час