二氧化碳回收

啤酒工厂二氧化碳回收、净化与提纯的注意事项

周建华

【摘要】充分利用二氧化碳回收、净化与提纯技术,生产出高纯度、洁净、无杂味

的二氧化碳应用于啤酒生产,以提高啤酒的新鲜度,降低生产成本、保护环境,实现循

环经济和可持续发展.详细阐释了在二氧化碳回收、净化与提纯过程中的关键工序、

设备控制点、循环使用要求等应注意的事项.(丹妮)

【期刊名称】《酿酒科技》

【年(卷),期】2011(000)007

【总页数】4页(P102-104,107)

【关键词】啤酒生产;二氧化碳;回收;净化;提纯;注意事项

【作者】周建华

【作者单位】烟台啤酒青岛朝日有限公司，山东,烟台,264009

【正文语种】中文

【中图分类】TS262.5;TS261.4;X797

现代化的啤酒生产过程除麦汁冷却过程需要充氧外，其他生产过程（包括酿造、包

装过程）均需要隔绝氧气，尽量减少氧的摄取。所以，就需要在酿造容器、灌装机

充有隔绝氧气的惰性气体，并需要输送配管密闭、洁净。二氧化碳是构成啤酒泡沫

和杀口的骨架成分，它参与了啤酒酿造过程，与氧气形成竞争抑制，也是最好隔氧

的惰性气体。由于二氧化碳也是啤酒发酵过程的副产物之一，其经回收、净化和提

纯处理后既得到综合利用，减少了温室气体的排放，保护了环境，提升了啤酒的新

鲜度，又可以降低成本，而被啤酒生产厂家竞相采用。但啤酒发酵过程产生的大量

二氧化碳气体中夹带高级醇、酒精、DMS及二氧化硫等有异杂味的物质，需要经

过物理处理后，除去异杂味物质而得到口味纯净、纯度达到标准要求的二氧化碳。

再经提纯后的二氧化碳气体就可用于啤酒过滤填充和制备脱氧水填充，亦可用作排

氧与背压。纯净的二氧化碳气体也是啤酒口味干净、天然的保证。

发酵过程产生的二氧化碳气体经过除沫器、气囊、水洗塔、压缩机、前后冷却器、

吸附过滤器、干燥塔、精过滤器等处理后，二氧化碳气体中夹带的泡沫、高级醇、

酒精、硫化物、碳氧化合物、DMS和水分等杂质被除去，成为含有微量氧气，氮

气的高纯度，洁净的二氧化碳液体，此时二氧化碳纯度可达到99.95%左右。而纯

度达99.95%左右的二氧化碳很难满足过滤填充和脱氧水制备填充的纯度要求，只

有经过进一步提纯达到99.985%以上纯度的二氧化碳，才能满足过滤出清酒液的

Do值（溶解氧）≤50PPb，脱氧水的Do值≤20PPb的目标要求。

依据物料衡算式可知：100kg无水浸出物理论值可产生48.9kg的二氧化碳，通

常CO2的实际回收量是以100kg浸出物产生40kgCO2为基准来计算的。一般

情况下每1kg12莓P麦汁实际回收CO220kg左右，若配置提纯系统，起始回

收CO2纯度可适度低些，回收率会有所提高。

若出现CO2产量不足时，首先，要分析设备的最大回收能力是否能满足啤酒发酵

的最大CO2产出能力，即产出与回收是否匹配；其次，建立CO2回收量的日核

算制度，并对生产过程的异常情况及时分析与排查；再次，经常检查确认啤酒发酵

罐和CO2回收系统的配管阀门和气囊是否存在泄漏的情况；根据回收罐CO2液

体储存数量情况，及时调整开始回收的时间，如果储存量较多，则可以延迟回收时

间；还要检查CO2除沫器、水洗塔、超压保护的水位是否保持正常状态；检查回

收系统冷冻机运行是否正常，制冷剂是否充足，CO2液化是否正常；检查CO2压

缩机运转状况（包括密封状况、初级和二级排气压力是否正常等）；最后，检查干

燥器的除水效果是否正常，检查回收过程中非凝性气体的排放是否正常等。

2.2.1二氧化碳回收管路系统设计

二氧化碳回收管路系统应按照发酵系统最大产出二氧化碳的流量进行设计，并避免

发酵罐出现积压。在设计时要注意避免出现积水、气隔或泡沫的死角，并且对于二

氧化碳夹带的泡沫，以及附着于回收管路的挥发物质等，能够实现刷洗，保证管路

的清洁。此外，二氧化碳管路光滑程度、无杀菌死角等应与啤酒工艺管道要求相同。

2.2.2二氧化碳中携带挥发性物的排除

在发酵过程中释放出来的二氧化碳含有嫩啤酒中的一些挥发物质，如高级醇、酒精、

醛类、酯类、酮类、硫化物等，在二氧化碳回收过程中被压缩之前，经洗涤、吸附

等过程尽量排除干净，保证回收二氧化碳的清洁、无异味。如果回收的二氧化碳经

品评后有异味，则应：检查所有的设备回收能力是否与当前流量匹配，特别是

CO2洗涤塔和活性炭吸附器；检查除沫器和洗涤塔的水喷淋效果；检查洗涤塔的

水源和流量是否正常；检查洗涤水是否存在异味；确认活性炭型号和吸附器中使用

的活性炭是否正确；确认活性炭干燥剂在更换周期是否正常；确认活性炭吸附器再

生温度、再生周期是否正常；检查在二氧化碳系统中使用的材料是否符合要求；检

查二氧化碳回收系统的微生物状况，以及CIP刷洗频次是否正常。

2.2.3回收处理后CO2纯度偏低

经回收液化后的二氧化碳纯度应达到99.98%以上，再经提纯纯度达到99.995%

以上，主要用于脱氧水的制备和清酒液的填充。若检测二氧化碳中的氧含量偏高，

首先，应检查开始回收前的发酵罐内空气的排空是否按要求操作；其次，要检查除

沫器前，二氧化碳气体纯度是否达到要求；再次，要检查二氧化碳贮罐的气相纯度

是否≥99.85%；还要检查发酵罐二氧化碳回收时间是否正确、回收的管道是否连

接有误；检查二氧化碳除沫器和洗涤塔用水的用水量以及含氧量是否正常；检查回

收过程的非凝性气体的排放是否正常；最后，要确认系统是否存在泄漏现象，确认

活性炭吸附器和干燥再生后是否是用二氧化碳吹扫排空。

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处理

发酵过程最先产生的二氧化碳，夹杂着大量的空气，含氧量较高，不适合直接回收

处理。因此，在回收净化前要先行排空，除去含氧量较高的二氧化碳，达到回收要

求最低二氧化碳纯度要求后方可实施。具体排空时间应依据发酵罐的类型、结构、

罐容积、发酵工艺、酵母菌种等参数综合确定。

二氧化碳开始回收时间应在发酵罐满罐后36h左右，当发酵罐内二氧化碳纯度

≥99.99%时，开始回收，直至主发酵接近完毕时停止回收。在生产旺季如回收能

力不足或回收后二氧化碳纯度不满足要求时，可以推迟40h左右开始实施。

如果工厂已经配置了提纯设施，则应根据提纯设施的效能，将开始回收时机适当提

前，适度降低开始回收二氧化碳气体的纯度，以提高二氧化碳的收得率，但应注意

二氧化碳气体的纯度最低不能低于95%。如果发酵气体低于95%进行回收再提纯，

从制得的二氧化碳的价值和整个回收及提纯系统的运行成本综合考虑，则不适宜。

2.2.4.2除沫工序

除沫的主要目的是除去从原料气体中携带的大量泡沫，防止泡沫进入二氧化碳回收

系统。原料二氧化碳气体中的泡沫，经过由除沫器顶部喷出的高压水稀释夹带而除

去，然后，泡沫水经除沫器底部的溢流装置排出。

除沫器用水可使用经过洗涤塔处理的水或脱氧水，避免因为除沫造成二氧化碳的氧

含量升高。高压水的压力参数以有效击碎泡沫为准，喷水量应在保证除沫效果的前

提下，尽量做到使用量最小最优。

除沫器需要配置合视镜，便于观察除沫器内部水的喷射状况，以保证高压水与泡沫

保持均衡，并防止喷头堵塞。除沫器应利用CIP系统刷洗。考虑到发酵罐区至除

沫器的管路的CIP，除沫器设置在发酵间最好。

2.2.4.3洗涤工序

水洗塔水洗主要是除去二氧化碳中夹带的酒精（除去夹带的99.5%以上酒精）。

经除沫后的二氧化碳气体自洗涤塔底部进入，自下而上通过填料层，与新鲜的洗涤

水对流，以便除去二氧化碳中可溶解于水的大部分醇类、水溶性杂质和细小颗粒。

洗涤用水的温度不宜超过20℃，水温越低，越容易溶解乙醛及其他有机物，最好

使用5℃左右的冰水或脱氧水。二氧化碳气体经水洗塔的洗涤后，溶解氧含量会进

一步降低，可在除沫器中再次使用。洗涤水量控制的依据是在保证洗涤效果的前提

下，尽量以最小的水量来洗涤尽可能多的气体。过低的水流量不能完全溶解二氧化

碳气体中的杂质，过高的水流量则会造成浪费，并且会导致二氧化碳内含氧量的增

加。

洗涤用水可采取连续进新鲜水洗涤或者采取定时补充新鲜水洗涤的方式。洗涤水量

推荐为：新鲜补充水：1t/1000kg·h二氧化碳；洗涤用水应及时补充新水、定期

更换与品评，确保口味纯净。

洗涤塔内应设置水分配器、填料层、液位计、温度计等。填料层应耐酸碱、耐热，

可使用不锈钢或聚丙烯材质。洗涤塔建议使用单洗涤塔。单洗涤塔完全可以保证洗

涤效果，此外，从投资成本、运行成本和维护保养方面考虑，都比较经济、方便。

2.2.4.4二氧化碳气囊工序

二氧化碳气囊主要是用于平衡发酵罐系统和二氧化碳回收系统的压力，为二氧化碳

原料气和压缩机之间提供缓冲，使二氧化碳的产生速度和回收设备的能力保持一致，

确保压缩系统的良好运行。为保护气囊，应在洗涤塔的底部配置水封，或安装超压

或低压的保护装置。气囊应无任何气味，耐微酸性腐蚀，并可持久耐用。由于压缩

机的负荷是有气囊的充盈状况控制，所以，气囊的容积决定了压缩机的开停频率。

2.2.4.5初级汽水分离工序

从洗涤塔出来的二氧化碳如果流速较大，可能会带出许多液态水，这些液体水对压

缩机会造成极大的危害，必须在进入压缩机前尽量多地除去。

2.2.4.6二氧化碳压缩工序

除水后的二氧化碳气体开始进入无油水冷的二级二氧化碳压缩机进行压缩。压缩机

应配有中间和后冷却器，水分离器和排放冷凝水或循环水作为冷却介质，在冷却过

程中，会产生大量冷凝水，应通过汽水分离器和冷凝水排放系统进行排放。若一级

压缩后冷却器配置自动疏水阀，可以保护二级压缩机；二级压缩机后冷却器加装自

动排水器，避免二氧化碳夹带水。二氧化碳压缩机的排气压力应定期检查，如果出

现高出设备设计压力时，则可能是二氧化碳来气不纯，或者后续系统出现了故障所

致，应及时检查确认排查。

2.2.4.7预冷却工序

经压缩后的二氧化碳含有大量的水蒸气，在经过活性炭吸附之前，先经过预冷却器，

降温至5℃左右，通过降温使大部分水蒸汽形成冷凝水。预冷却使用液氨或氟利昂

作为冷却介质。经过预冷却除水，可以进一步降低二氧化碳中的水分含量。若有的

回收系统设计二氧化碳经过二级压缩及冷却，水分的含量即达到较低的水平，也可

不配置预冷却器。

2.2.4.8二级汽水分离工序

经过预冷却产生的大量冷凝水，在二级汽、水分离器中除去。该部分冷凝水可作为

洗涤塔的补充水，以降低温水的消耗，但应杜绝将二氧化碳气体直接排放到洗涤塔。

二级汽水分离的主要目的在于防止经预冷却后的二氧化碳携带液态水进入活性炭，

降低活性炭的吸附效果，减轻干燥器的负担，保证干燥器的露点满足要求。

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夹带的硫化物及碳氢化合物。二氧化碳进行活性炭

吸附，用于去除二氧化碳中所含的不溶于水的挥发性物质及杂质等。活性炭吸附装

置应平行配置2组，便于一组再生时，另一组正常工作。一般情况下，活性炭过

滤二氧化碳12～24h后，需要用蒸汽再生1次，如果出现二氧化碳口味异常，应

增加再生频率。

2.2.4.10干燥工序

干燥塔干燥主要是除去水分和DMS等杂质。经活性炭吸附后的二氧化碳所含的水

分，在进入冷凝器前，应尽量冷凝去除，使其露点温度低于-60℃，否则会在冷凝

器和管路内结冰。干燥塔内应装有经过活化的氧化铝或分子筛干燥剂，并应平行配

置两组，以便其中一组再生时，另一组能正常运作。

2.2.4.11过滤工序

在干燥器出口应配置棉花筒过滤器，防止干燥剂等细小颗粒随二氧化碳气体进入后

续系统。需要注意的是经过过滤器后，若管道压力下降比较明显，说明过滤器吸附

的颗粒或杂质较多，需要检查确认后更换。

2.2.4.12冷凝工序

二氧化碳冷凝器倾斜放置，便于二氧化碳与非凝性气体的分离。管内是冷却剂，管

外夹套内是二氧化碳。气相二氧化碳降温至-20～-30℃，经冷凝为液相二氧化碳，

利用自身重力流入外面的液体二氧化碳罐内。

2.2.4.13贮罐贮存工序

由于回收二氧化碳和使用二氧化碳并非同步，需要配置二氧化碳贮罐进行平衡。为

提高贮罐内液体二氧化碳的纯度，贮罐上部积存的非凝性气体需要定期排放。外购

的二氧化碳应与回收的二氧化碳分开贮存。贮罐内的二氧化碳若品评出现异常时，

应开罐清理确认：首先，排空；其次，安全检查；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，液态二氧化碳先经过蒸发器，使液态二氧化碳蒸发为气态二氧化

碳，经过减压至0.6MPa左右分送至各个使用工序。汽化器可使用饱和蒸汽作为

汽化媒介，注意，二氧化碳出口温度应控制在5～20℃范围内，防止汽化器结冰，

回收二氧化碳的汽化器下游应安装0.5μm活性炭过滤器。

2.2.4.15提纯工序

二氧化碳提纯的工作原理与蒸馏类同，也是根据各物质不同的沸点和溶解性来分离

混合物的。通过提纯使溶解性的氧气从液态二氧化碳中分离出来，进而提高液体二

氧化碳的纯度。

通常，发酵罐、清酒罐的背压气体是纯度较高的二氧化碳气体，并且数量很大，可

以回收利用，以提高二氧化碳的使用效率。啤酒工厂不同工序对二氧化碳纯度的要

求如下：

①发酵罐背压、装酒机排氧、送酒管路排氧、管道酒液压送；≥99.95%；②过滤

机系统排氧、清酒罐的背压排氧：≥99.98%；③稀释系统排氧、稀释水制备、清

酒二氧化碳填充：≥99.99%。

包括回收、贮存、供气系统，如果长时间不进行刷洗和杀菌，不仅可能滋生微生物，

还会导致回收的二氧化碳气体出现异味，因此，需要定期对二氧化碳回收、贮存、

供气系统进行CIP，原则频次为每季度1次，如检测有微生物，可以临时组织对系

统和输送配管实施CIP。

①工作环境空气中的二氧化碳浓度超过3%时，则会出现呼吸困难、头疼、眩晕、

呕吐等症状；若二氧化碳浓度超过10%时，则可引起视力障碍、痉挛、呼吸加快、

血压身高、意识丧失等；若二氧化碳浓度超过25%时，则会出现中枢神经的抑制、

昏睡、痉挛、甚至窒息死亡。因此，在清理带二氧化碳的酿造容器、二氧化碳贮罐

等容易造成局部缺氧的作业时，尤其要注意工作环境二氧化碳浓度检测，并经常检

查通风防护措施的有效性。

②若不小心接触到液态或固态二氧化碳，将会导致人体生理组织器官的冻僵或冻伤，

并且出现低温“灼伤”。

由于二氧化碳的存在对人体可能造成伤害的风险，就需要严格安全管理制度，培训

到位，落实到实处。

啤酒工厂二氧化碳的回收、净化与提纯处理是一个复杂的系统工程，需要注意的事

项很多，应在日常工作中不断去摸索和掌握其规律。充分利用二氧化碳回收、净化

与提纯技术，生产出高纯度、洁净、无杂味的二氧化碳应用于啤酒生产，不仅可以

减少酒液与氧的接触机会，提高啤酒的新鲜度，而且还可以降低生产成本、减少温

室气体排放保护环境，实现循环经济和可持续发展。●