Традиционно солодовый виски дистиллируется партиями в медных кубах. После заполнения куба сброженным суслом, его нагревают паром. Паровые котлы, работающие на природном газе или угле, обеспечивают необходимое технологическое тепло. "Дистилляция обычно занимает несколько часов и является очень энергоемким процессом, - поясняет Грегор Шумм, руководитель инженерно-технического отдела компании Piller Blowers & Compressors.

Помимо очень высоких энергозатрат, сжигание ископаемого топлива в паровых котлах связано с большими выбросами CO₂. К сожалению, большая часть энергии, используемой для процесса дистилляции, при конденсации спирта в значительной степени выбрасывается через контуры охлаждения в окружающую среду. 

«После анализа процесса дистилляции для достижения нашей цели — климатически нейтральной дистилляции к 2026 году — у нас возникла идея использовать высокоэффективную технологию механической рекомпрессии пара (Mechanical Vapor Recompression — MVR) в дополнение к широко используемой технологии термической рекомпрессии пара (Thermal Vapour Recompression — TVR)», — говорит Нейл Фрейзер, главный инженер компании Chivas Brothers.  

Рекуперация тепла с использованием технологии тепловых насосов позволяет компании Chivas Brothers извлекать энергию из спиртовых паров, которая ранее терялась через градирни, и использовать ее для нагрева установок, тем самым значительно сокращая выбросы углекислого газа".

"Наша схема компрессионного теплового насоса основана на двух основных компонентах - вертикальном конденсаторе и компрессорной системе, состоящей из трех последовательно расположенных вентиляторов VapoFan компании PILLER, - поясняет Нил Фрейзер, технический директор Chivas Brothers.
 
В новой конфигурации скрытое тепло паров продукта, выходящих из перегонного куба, регенерируется вертикальным конденсатором. В этом теплообменнике образуется пар низкого давления, температура которого на несколько градусов ниже температуры конденсации продукта.

Ключом к достижению высокой эффективности является исключение переохлаждения и потерь давления с обеих сторон. Поэтому испарители с падающей пленкой идеально подходят для рекуперации пара при конденсации. В данном случае парогенератор подает 1500-1600 кг/ч при температуре около 80 градусов Цельсия.

Этот пар низкого давления сжимается с помощью трехступенчатой системы VapoFan и при более высоком давлении и температуре подается в испаритель дистилляционного аппарата для нагрева. "90 кВт электроэнергии обеспечивают на испарителе мощность нагрева около 1 МВт", - добавляет Грегор Шумм из компании PILLER. Встроенный в вентиляторы VapoFan впрыск воды насыщает пар, который затем используется для нагрева аппарата, повышая эффективность.
Vapor compression heat pump technology

Высокая гибкость управления и частотно-регулируемые приводы оборудования VapoFan делают тепловой насос компании PILLER на базе технологии механической рекомпрессии пара идеальным выбором для решения задач компании Chivas Brothers.

«Система тепловых насосов адаптируется к постоянно меняющимся условиям процесса дистилляции и обеспечивает необходимое сжатие на каждом этапе процесса», — отмечает Грегор Шумм. Высокая частота вращения в начале цикла перегонки при большой разнице температур снижается по ходу процесса к концу, когда на парогенераторе конденсируется все большее количество воды. Повышенное содержание воды увеличивает температуру дистиллята и позволяет получить более высокое давление насыщения на входе в компрессорную систему. «Постоянная адаптация к требованиям технологического процесса еще больше повышает эффективность. Цикл перегонки начинается с коэффициентом СОР 9%, и заканчивается с СОР 20%, что в среднем приводит к коэффициенту эффективности теплового преобразования 12%», — говорит Оскар Сгротт, инженер-технолог компании PILLER.

Коэффициент COP теплового насоса определяется как соотношение между отдаваемой тепловой мощностью (кВтч) и потребляемой электрической мощностью (кВтэл). Сразу после завершения цикла перегонки, занимающего несколько часов, вентиляторы VapoFan останавливаются в течение двух минут и практически готовы к следующей партии дистилляции. Таким образом, компрессия пара с учетом требований процесса в сочетании с высокоэффективными вентиляторами MVR обеспечивает высокий коэффициент СОР.

Нейл Фрейзер (Chivas Brothers) отмечает еще один большой плюс для своей компании: «Вода в качестве хладагента непосредственно в технологической установке - это идеальный способ совместить безопасность продукции и окружающей среды с высокой эффективностью теплового насоса».

Пилотный проект технологии MVR был успешно реализован в 2021 году на заводе по производству виски Glentauchers в Мулбене (Шотландия). Проект, частично финансируемый Шотландским фондом трансформации промышленной энергетики, позволил сократить потребление энергии на 88% на одном перегонном кубе для первичной дистилляции. Опираясь на этот успех, компания Chivas Brothers решила установить еще два тепловых насоса MVR на перегонных кубах для первичной дистилляции на заводе Glentauchers.

Анализ данных пилотного проекта совместно с компанией PILLER позволил усовершенствовать конструкцию и выбор типов вентиляторов и, в конечном счете, достичь среднего значения СОР 12% между 1-й и 2-й фазой процесса.  На сегодняшний день, с учетом данных внедрений и установками TVR на перегонных кубах для получения спирта высокой очистки удалось почти наполовину (на 48%) снизить общее энергопотребление на заводе по производству виски Glentauchers компании Chivas Brothers, расположенном недалеко от города Кит в Спейсайде (Шотландия), в результате чего общие выбросы углекислого газа сократились на 53%.

За год выбросы углекислого газа сократились с 8290 тонн CO₂ до 3970 тонн CO₂ при полном объеме производства. Поскольку технология MVR считается одним из основных шагов на пути к амбициозной цели Chivas Brothers — климатически нейтральной дистилляции к 2026 году — в сентябре в рамках подведения итогов за 23-й финансовый год компания объявила об инвестициях в размере более 60 млн фунтов стерлингов в течение следующих трех лет для достижения своей амбициозной цели.