CN102618333A - 用离子液体脱除高炉净煤气中co2的方法 - Google Patents

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张崇民
陈书文
孙志敏
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Abstract

本发明公开了一种用离子液体脱除高炉净煤气中CO2的方法，有效缓解CO2的排放压力和提高高炉煤气的热值。该方法使用离子液体与高炉净煤气充分接触，以吸收高炉净煤气中的CO2；吸收CO2后未达到饱和的离子液体重新与高炉净煤气相接处，以再吸收高炉净煤气中的CO2；达到饱和的离子液体在一定温度下解吸，将吸收的CO2气体释放出去；解吸后的离子液体重新与高炉净煤气相接触，以再吸收高炉净煤气中CO2。本发明采用的离子液体对CO2吸收效果好；离子液体吸收后容易解吸再生、易回收且可重复利用；被吸收的CO2容易释放出来，可以作为其他用途；吸收过程既不产生固体废弃物，又不会造成有机物挥发和进而产生的大气污染，同时还可以实现碳资源的优化配置。

Description

用离子液体脱除高炉净煤气中CO2的方法
技术领域
本发明涉及冶金环保领域，尤其是一种用离子液体脱除高炉净煤气中CO2的方法。
背景技术
全球气候变暖已成为国际问题，二氧化碳(CO2)被认为是导致全球气候变暖的最重要的原因。高炉冶炼产生的高炉煤气中含有较多CO2，脱除高炉煤气中的CO2既有利于减轻CO2排放压力，又可以提高高炉煤气的热值。
目前，燃烧后捕集(PCC)CO2的方法主要是用氨水和有机醇胺化合物的水溶液吸收CO2，此类方法存在着对设备的腐蚀、循环过程易挥发等问题。而高炉煤气的CO2捕集，是对过程气的处理，处理后的高炉煤气还要作为燃气使用，因此不能含有对输送管线腐蚀和对耐火材料浸蚀的物质。因此，开发适于高炉煤气特点、绿色、新颖的脱碳方法及装置是迫切的需要。
查阅相关文献，中国专利公开(公告)号CN101935311A，名称为“哌啶鎓三氟乙酸盐化合物和使用该物的二氧化碳吸附剂”，公开了一种哌啶鎓三氟乙酸盐离子液体，该离子液体可作为CO2的吸收剂；公开(公告)号CN102008870A公开了一种咪唑氨基酸类离子液体作为CO2的捕集剂；公开(公告)号CN1709553A公开了一种氨基酸类离子液体用于酸性气体的吸附领域。这些公开内容所提供的离子液体用于捕集和吸收CO2或酸性气体，但报道的这些离子液体多是对CO2吸收特性的研究，而针对用离子液体捕集高炉净煤气中CO2的方法和装置未见报道。
发明内容
本发明提供了一种用离子液体脱除高炉净煤气中CO2的方法，有效缓解CO2的排放压力和提高高炉煤气的热值。
本发明采用以下技术方案来实现。
用离子液体脱除高炉净煤气中CO2的方法，该方法使用离子液体与高炉净煤气充分接触，以吸收高炉净煤气中的CO2；吸收CO2后未达到饱和的离子液体重新与高炉净煤气相接处，以再吸收高炉净煤气中的CO2；达到饱和的离子液体在一定温度下解吸，将吸收的CO2气体释放出去；解吸后的离子液体重新与高炉净煤气相接触，以再吸收高炉净煤气中CO2。
本发明提供的用离子液体脱除高炉净煤气中CO2的方法包括如下内容：
(1)吸收CO2，将高炉净煤气和离子液体分别通入一次吸收塔，使离子液体与高炉净煤气在一次吸收塔中充分接触，吸收高炉净煤气中的CO2；
(2)离子液体再生，将步骤(1)中吸收CO2之后的离子液体送入解吸塔中，解吸除去其中的CO2，使得离子液体再生，得到再生离子液体；
(3)二次吸收CO2，将步骤(2)中得到的再生离子液体与一次吸收塔出来的高炉净煤气送入二次吸收塔，离子液体重新与高炉净煤气相接触，再次吸收高炉净煤气中的CO2；
(4)排出脱除CO2的高炉净煤气，经过再次吸收CO2的高炉净煤气在再次吸收塔中排出。
所述的一次吸收塔和二次吸收塔中吸收CO2的温度控制在20℃～90℃，压力控制在0.01MPa～0.03MPa。
所述的在解析塔中离子液体解吸除去CO2的温度为40℃～150℃，压力为0.0001MPa～0.03MPa。
所述一次吸收塔和二次吸收塔为填料塔。
所述的解吸塔为喷淋塔或板式塔或喷淋与板式组合型塔。
所述离子液体包括传统离子液体和功能化离子液体。
传统离子液体包括：咪唑类离子液体，吡啶类离子液体，铵类离子液体，磺酸类离子液体和膦盐类离子液体；功能化离子液体包括：传统离子液体氨基功能化后的离子液体，鏻胺、醇胺类离子液体，氨基酸类离子液体，胍盐类离子液体以及季鏻盐-磺酸盐类离子液体。
本发的有益效果体现在：
离子液体具有可忽略的蒸气压，较好的热稳定性，不挥发，溶解力强，无毒，不易燃易爆，可与其它有机、无机化合物互溶，可循环使用，其最大的优点就是具有选择溶解能力和结构可调性，是一种可设计的绿色溶剂。离子液体通过调节阴阳离子组合改变其理化性质，使得离子液体可捕捉高炉高炉净煤气中的CO2气体。离子液体对CO2吸收效果好；离子液体吸收后容易解吸再生、易回收且可重复利用；被吸收的CO2容易释放出来，可以作为其他用途；吸收过程既不产生固体废弃物，又不会造成有机物挥发和进而产生的大气污染。避免产生二次污染的同时还可以实现碳资源的优化配置。
附图说明
图1是用离子液体脱除高炉净煤气中CO2的方法的设备及工艺流程图；
其中，1.解吸塔；2.一次吸收塔；3.二次吸收塔；4.离子液体存储罐；5.离子液体存储罐；6.离子液体存储罐；7.液体入口；8.气体出口；9气体入口；10.液体入口；11.液体入口；12.液体入口；13气体入口；14气体出口。
具体实施方式
下面用具体实施例描述本发明，需要说明的是吸收塔和解吸塔的个数与离子液体吸收CO2的能力及煤气处理量有关，在不脱离本发明所述范围内，塔个数的变化都包含在本发明内。
实施例1
用离子液体脱除高炉净煤气中CO2的方法，如图1所示，高炉净煤气流通路径如下：
经过除尘后温度在20℃～90℃之间的高炉净煤气，CO2气体含量为393g/m3，从一次吸收塔2下方的进气口9进入塔内，塔内有布气装置，塔内压力为0.01MPa～0.03MPa，高炉净煤气通过填料层，从一次吸收塔2上方的出气口14将被吸收CO2后的高炉净煤气从二次吸收塔3下方的入气口13送入塔内，在塔内再次吸收，二次吸收塔3内有布气装置，高炉净煤气通过填料层，将脱除CO2后的高炉净煤气从二次吸收塔3的出气口8排出。一次吸收塔和二次吸收塔都选择填料塔，内装有鲍尔环作为填料。两个吸收塔的上部为进液管，安装有布液装置，下部为进气口，有布气装置。
离子液体的流通路径如下：
离子液体吸收剂采用醇胺类离子液体甲基二乙醇胺甲酸盐，离子液体用量与高炉净煤气物质的量比为13～5.2∶1，所述离子液体吸收剂采用醇胺类离子液体甲基二乙醇胺甲酸盐，离子液体用量与高炉净煤气物质的量比为13～5.2∶1。用泵将离子液体存储罐6中未达到饱和的离子液体输送到一次吸收塔2的上方，一次吸收塔2上方配有喷淋装置，将离子液体分散，离子液体通过填料层或者塔板与高炉净煤气充分接触，吸收其中的CO2气体，之后离子液体降落到一次吸收塔2底部的离子液体存储罐中5。含高浓度CO2的离子液体用泵输送到解吸塔1中进行解吸，解吸塔为板式塔。解吸的条件：温度范围为40℃～150℃，压力范围为0.0001MPa～0.03MPa。通过解吸处理，CO2气体被被解吸分离出来，收集CO2气体。解吸后的离子液体进入离子液体存储罐4中，用泵将再生的离子液体经由液体入口11输入到二次吸收塔3中再吸收高炉净煤气中的CO2气体，实现循环使用。补充的新鲜离子液体由入口7通过泵输送到二次吸收塔3的上方，吸收塔3上方配有喷淋装置，将离子液体分散，离子液体通过填料层与高炉净煤气充分接触，吸收其中的CO2气体，之后离子液体降落到吸收塔底部6中的离子液体存储罐中。其中，固体杂质由离子液体存储罐4、5及6上配置的过滤器除去。本实施例CO2脱除率为88.2％以上。
实施例2
离子液体吸收剂采用咪唑氨基酸类离子液体N-甲基-N-正丁烷咪唑甘氨酸盐，离子液体用量与高炉净煤气物质的量比为18～2.6∶1，一次吸收塔和二次吸收塔都选择填料塔，内装有鲍尔环作为填料。两个吸收塔的上部为进液管，安装有布液装置，下部为进气口，有布气装置。解吸塔为喷淋与板式组合型塔。本实施例其他内容同实施例1，本实施例CO2脱除率为84.7％以上。
实施例3
离子液体吸收剂采用铵盐氨基酸类离子液体四甲基铵赖氨酸盐，离子液体用量与高炉净煤气物质的量比为20～3∶1，一次吸收塔和二次吸收塔都选择填料塔，内装有鲍尔环作为填料。两个吸收塔的上部为进液管，安装有布液装置，下部为进气口，有布气装置。解吸塔为喷淋塔。本实施例其他内容同实施例1，本实施例CO2脱除率为80.5％以上。

Claims (4)

1.一种用离子液体脱除高炉净煤气中CO2的方法，其特征在于该方法包括如下内容：
(1)吸收CO2，将高炉净煤气和离子液体分别通入一次吸收塔，使离子液体与高炉净煤气在一次吸收塔中充分接触，吸收高炉净煤气中的CO2；
(2)离子液体再生，将步骤(1)中吸收CO2之后的离子液体送入解吸塔中，解吸除去其中的CO2，使得离子液体再生，得到再生离子液体；
(3)二次吸收CO2，将步骤(2)中得到的再生离子液体与一次吸收塔出来的高炉净煤气送入二次吸收塔，离子液体重新与高炉净煤气相接触，再次吸收高炉净煤气中的CO2；
(4)排出脱除CO2的高炉净煤气，经过再次吸收CO2的高炉净煤气在再次吸收塔中排出。
2.根据权利要求1所述的用离子液体脱除高炉净煤气中CO2的方法，其特征在于所说的一次吸收塔和二次吸收塔中吸收CO2的温度控制在20℃～90℃，压力控制在0.01MPa～0.03MPa；所说的在解析塔中离子液体解吸除去CO2的温度为40℃～150℃，压力为0.0001MPa～0.03MPa。
3.根据权利要求1所述的用离子液体脱除高炉净煤气中CO2的方法，其特征在于所说的一次吸收塔和二次吸收塔为填料塔；所述的解吸塔为喷淋塔或板式塔或喷淋与板式组合型塔。
4.根据权利要求1所述的用离子液体脱除高炉净煤气中CO2的方法，其特征在于所述离子液体包括传统离子液体和功能化离子液体，传统离子液体包括：咪唑类离子液体，吡啶类离子液体，铵类离子液体，磺酸类离子液体和膦盐类离子液体；功能化离子液体包括：传统离子液体氨基功能化后的离子液体，鏻胺、醇胺类离子液体，氨基酸类离子液体，胍盐类离子液体以及季鏻盐-磺酸盐类离子液体。
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