CN104826455A - 一种离子液体用于气体干燥脱水的方法 - Google Patents

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Abstract

一种离子液体用于气体干燥脱水的方法，属于气体干燥(或吸收)技术领域。吸收剂离子液体；吸收塔在温度0-100℃，压力0.1-10MPa下操作，理论塔板数为8-17。原料气中水含量(摩尔分数)为0.01％-5％，溶剂比为0.1-13，塔顶得到气体产品中水含量(摩尔分数)小于20ppm；与现有技术相比，当采用该离子液体及其混合溶剂吸收气体中水分时，具有较好的脱水效果，同时离子液体呈中性可以避免压缩机腐蚀、避免使用传统溶剂吸收气体所带来的高消耗量和环境污染等问题，设备简单，投资少，能耗低。

Description

一种离子液体用于气体干燥脱水的方法
技术领域
本发明涉及一种离子液体溶剂用吸收的方法脱除气体混合物中的水分(包括可凝性有机物)。吸收剂可以是单一离子液体或两种离子液体的混合溶液等，属于气体干燥(或吸收)技术领域。
背景技术
工业中气体脱水主要包括二氧化碳脱水，天然气脱水，合成气脱水等。例如，为了阻止水合物的形成，防止CO2溶于水后对管道、设备的腐蚀，在输送之前需要对主体为CO2的混合气体进行脱水处理；含有CO2和H2S的天然气在有水存在的情况下形成酸而腐蚀管路和设备，在一定条件下形成天然气水合物而堵塞阀门、管道和设备，降低管道输送能力，造成不必要的动力消耗；以CO为原料气相催化偶联制草酸二乙酯，要求CO中水含量小于100ppm。因此，脱水作为气体净化工艺中必不可少的一步，占有举足轻重的地位。
目前，脱除气体中水分通常可以用低温分离法、溶剂吸收法、固体吸附法、膜分离法。其中溶剂吸收法通常采用三甘醇(TEG)作为吸收剂，但是系统复杂，再生能耗大；TEG易损失、易被污染、被氧化生成腐蚀性有机酸。近年来，由于离子蒸汽压低，几乎不挥发，液态温度范围宽(-100-200℃)，热稳定性好，不易燃烧，电化学稳定性高，选择性的溶解能力，阴阳离子组合，可设计性，可循环使用等优点，广泛应用在催化反应、分离、材料制备、生物、环境、能源、电化学等领域。研究表明离子液体对某些气体具有良好的溶解能力，并且可以针对特定气体的分子结构，优选组合阴阳离子结构，构建出具有高选择性的离子液体而实现气体的高效分离，由于离子液体蒸气压低，可以通过减压或升温的方式进行回收；另外，离子液体用于气体吸收时，可避免使用传统溶剂吸收气体所带来的高消耗量和环境污染等问题。因此在气体分离领域，离子液体具有较好的应用前景。
鉴于离子液体在吸收气体中水分时表现出良好特性：化学性质稳定、选择性溶解能力、低能耗、可以循环使用、不污染环境，本发明采用离子液体脱除气体中的水分(包括可凝性有机物)。
发明内容
本发明的目的是提供一种离子液体用于气体干燥的方法，该方法采用离子液体作为吸收剂，得到气体产品中水分含量小于20ppm，并且离子液体可以循环利用。
本发明提出一种离子液体用于气体干燥的方法，其特征在于，离子液体作为干燥吸附剂，吸收塔的操作条件为温度0-100℃，压力0.1-10MPa，理论塔板数为8-17。原料气从吸收塔底部进料，离子液体作为吸收剂从塔顶加入，原料气中水含量(摩尔分数)为0.01％-5％，溶剂比为0.1-13(溶剂比为进入吸收塔的吸收剂与原料气质量流量之比)，塔顶得到气体产品中水含量小于20ppm，塔底富含离子液体的萃余相进入气液分离器，气液分离器在常温常压下操作，脱除离子液体中的少量气体，气液分离器釜残液流入闪蒸罐中脱除离子液体中的水分，闪蒸罐在温度50-200℃，压力0.01-0.9atm条件下操作，闪蒸罐底部采出的离子液体循环使用。
离子液体的类型可以包括但不限于以下：阳离子是咪唑类、吡啶类、季铵盐类等，阴离子是双三氟甲磺酰亚胺、四氟硼酸根、六氟磷酸根、乙酸根、硫酸二乙酯等。吸附剂选择一种或两种离子液体。
另外，在气液分离器和闪蒸罐之间添加换热器为最优选流程。
原料气优选指的是含二氧化碳的混合气、碳四气体混合物、天然气混合物或合成气混合物等；脱除的水份中也可包括可凝性有机物(同时脱水、脱油)。
本发明塔顶得到气体产品中水含量小于20ppm。与现有技术相比，当采用该离子液体及其混合溶剂吸收气体中水分时，具有较好的脱水效果，同时离子液体呈中性可以避免压缩机腐蚀、避免使用传统溶剂吸收气体所带来的高消耗量和环境污染等问题，设备简单，投资少，能耗低。
附图说明
附图1为离子液体吸收气体中水分工艺流程图。其中：B1为吸收塔；B2为气液分离器；B3为闪蒸罐；吸收剂为单一离子液体或两种离子液体的混合物。B1—吸收塔；B2—气液分离器；B3—闪蒸罐；S—吸收剂进料，F—原料气进料；D—塔顶产品；G1—少量原料气；G2—水蒸气；W—脱除水分的吸收剂
具体实施方式
本发明用以下实施例说明采用离子液体脱除气体中水分的效果，但本发明并不限于下述实施例，在不脱离前后所述宗旨的范围下，变化实施例都包含在本发明的技术范围内。
如图1所示，本发明采用包括吸收塔、气液分离器(常压)、溶剂闪蒸罐的吸收工艺。吸收剂从吸收塔塔顶进入，原料气从吸收塔塔底进入。从吸收塔塔底采出的物流进入气液分离器脱除离子液体中的气体，从气液分离器底部采出的物流进入闪蒸罐，闪蒸罐闪蒸脱除离子液体中吸收的水分，高纯度的离子液体从闪蒸罐底部采取，可以循环使用。
实施例1
如图1所示的吸收流程。吸收塔的操作条件为温度25℃，压力2.5MPa，吸收塔具有10块理论塔板，原料气为含水0.2％(摩尔分数)的CO2气体，从塔底进料，质量流量为3890kg/h，以离子液体[EMIM]+[Tf2N]-(1-乙基-3-甲基咪唑双三氟甲磺酰亚胺)为吸收剂从塔顶加入，质量流量为2000kg/h，塔顶得到CO2产品中水含量为19.3ppm，塔底富含[EMIM]+[Tf2N]-的萃余相进入气液分离器，气液分离器在常温常压下操作，脱除[EMIM]+[Tf2N]-中的少量CO2气体，釜残液流入闪蒸罐中脱除[EMIM]+[Tf2N]-中的水分，闪蒸罐在温度140℃，压力0.05atm下操作，闪蒸罐底部采出的[EMIM]+[Tf2N]-循环使用。
改变吸收塔理论板数为11,其他条件不变，塔顶得到CO2产品中水含量为18.6ppm。
改变吸收塔理论板数为12,其他条件不变，塔顶得到CO2产品中水含量为18.6ppm。
改变吸收塔理论板数为13,其他条件不变，塔顶得到CO2产品中水含量为18.6ppm。
改变吸收塔理论板数为14,其他条件不变，塔顶得到CO2产品中水含量为18.6ppm。
改变吸收塔理论板数为15,其他条件不变，塔顶得到CO2产品中水含量为18.6ppm。
改变吸收塔理论板数为16,其他条件不变，塔顶得到CO2产品中水含量为18.6ppm。
改变吸收塔理论板数为17,其他条件不变，塔顶得到CO2产品中水含量为18.6ppm。
实施例2
如图1所示的吸收流程。吸收塔的操作条件为温度25℃，压力2.5MPa，吸收塔具有10块理论塔板，原料气为含水0.2％(摩尔分数)的CO2气体，从塔底进料，质量流量为3890kg/h，以离子液体[EMIM]+[Tf2N]-为吸收剂从塔顶加入，质量流量为2500kg/h，塔顶得到CO2产品中水含量为18.8ppm，塔底富含[EMIM]+[Tf2N]-的萃余相进入气液分离器，气液分离器在常温常压下操作，脱除[EMIM]+[Tf2N]-中的少量CO2气体，釜残液流入闪蒸罐中脱除[EMIM]+[Tf2N]-中的水分，闪蒸罐在温度140℃，压力0.05atm下操作，闪蒸罐底部采出的[EMIM]+[Tf2N]-循环使用。
改变[EMIM]+[Tf2N]-吸收剂的流量为3000kg/h,其他条件不变，塔顶的到CO2产品中水含量为18.4ppm。
改变[EMIM]+[Tf2N]-吸收剂的流量为3500kg/h,其他条件不变，塔顶的到CO2产品中水含量为18.0ppm。
改变[EMIM]+[Tf2N]-吸收剂的流量为4000kg/h,其他条件不变，塔顶的到CO2产品中水含量为17.6ppm。
改变[EMIM]+[Tf2N]-吸收剂的流量为4500kg/h,其他条件不变，塔顶的到CO2产品中水含量为17.3ppm。
改变[EMIM]+[Tf2N]-吸收剂的流量为5000kg/h,其他条件不变，塔顶的到CO2产品中水含量为17.0ppm。
实施例3
如图1所示的吸收流程。吸收塔的操作条件为温度25℃，压力2.5MPa，吸收塔具有10块理论塔板，原料气为含水0.2％(摩尔分数)的CO2气体，从塔底进料，质量流量为3890kg/h，以离子液体[EMIM]+[Tf2N]-为吸收剂从塔顶加入，质量流量2500kg/h，塔顶得到CO2产品中水含量为16.2ppm，塔底富含[EMIM]+[Tf2N]-的萃余相进入气液分离器，气液分离器在常温常压下操作，脱除[EMIM]+[Tf2N]-中的少量气体，釜残液流入闪蒸罐中脱除[EMIM]+[Tf2N]-中的水分，闪蒸罐在温度145℃，压力0.05atm下操作，闪蒸罐底部采出的[EMIM]+[Tf2N]-循环使用。
改变闪蒸罐操作温度为150℃,其他条件不变，塔顶得到CO2产品中水含量为14.2ppm。
改变闪蒸罐操作温度为155℃,其他条件不变，塔顶得到CO2产品中水含量为12.5ppm。
改变闪蒸罐操作温度为160℃,其他条件不变，塔顶得到CO2产品中水含量为11.1ppm。
实施例4
如图1所示的吸收流程。吸收塔的操作条件为温度25℃，压力2.5MPa，吸收塔具有10块理论塔板，原料气为含水0.2％(摩尔分数)的CO2气体，从塔底进料，质量流量为3890kg/h，以离子液体[EMIM]+[Tf2N]-为吸收剂从塔顶加入，质量流量为2500kg/h，塔顶得到CO2产品中水含量为7.4ppm，塔底富含[EMIM]+[Tf2N]-的萃余相进入气液分离器，气液分离器在常温常压下操作，脱除[EMIM]+[TF2N]-中的少量气体，釜残液流入闪蒸罐中脱除[EMIM]+[Tf2N]-中的水分，闪蒸罐在温度140℃，压力0.02atm下操作，闪蒸罐底部采出的[EMIM]+[Tf2N]-循环使用。
改变闪蒸罐操作压力为0.03atm,其他条件不变，塔顶得到CO2产品中水含量为11.2ppm。
改变闪蒸罐操作压力为0.04atm,其他条件不变，塔顶得到CO2产品中水含量为14.9ppm。
实施例5
如图1所示的吸收流程。吸收塔的操作条件为温度25℃，压力0.1MPa，吸收塔具有10块理论塔板，原料气为含水3％(摩尔分数)的CO2气体，从塔底进料，质量流量为410kg/h，以离子液体[EMIM]+[Tf2N]-为吸收剂从塔顶加入，质量流量为5000kg/h，塔顶得到CO2产品中水含量为14.9ppm，塔底富含[EMIM]+[Tf2N]-的萃余相进入气液分离器，气液分离器在常温常压下操作，脱除[EMIM]+[Tf2N]-中的少量气体，釜残液流入闪蒸罐中脱除[EMIM]+[Tf2N]-中的水分，闪蒸罐在温度140℃，压力0.02atm下操作，闪蒸罐底部采出的[EMIM]+[Tf2N]-循环使用。
实施例6
如图1所示的吸收流程。吸收塔的操作条件为温度25℃，压力10MPa，吸收塔具有10块理论塔板，原料气为含水0.03％(摩尔分数)的CO2气体，从塔底进料，质量流量为3890kg/h，以离子液体[EMIM]+[Tf2N]-为吸收剂从塔顶加入，质量流量为400kg/h，塔顶得到CO2产品中水含量为18.7ppm，塔底富含[EMIM]+[Tf2N]-的萃余相进入气液分离器，气液分离器在常温常压下操作，脱除[EMIM]+[Tf2N]-中的少量气体，釜残液流入闪蒸罐中脱除[EMIM]+[Tf2N]-中的水分，闪蒸罐在温度140℃，压力0.02atm下操作，闪蒸罐底部采出的[EMIM]+[Tf2N]-循环使用。

Claims (10)

1.离子液体在气体干燥剂方面的应用。
2.一种离子液体用于气体干燥的方法，其特征在于，离子液体作为干燥吸附剂，吸收塔的操作条件为温度0-100℃，压力0.1-10Mpa。
3.按照权利要求2的方法，其特征在于，理论塔板数为8-17。
4.按照权利要求2的方法，其特征在于，原料气从吸收塔底部进料，离子液体作为吸收剂从塔顶加入。
5.按照权利要求2的方法，其特征在于，原料气中水含量摩尔分数为0.01％-5％，溶剂比即进入吸收塔的吸收剂与原料气质量流量之比为0.1-13。
6.按照权利要求2的方法，其特征在于，塔底富含离子液体的萃余相进入气液分离器，气液分离器在常温常压下操作，脱除离子液体中的少量气体。
7.按照权利要求6的方法，其特征在于，气液分离器釜残液流入闪蒸罐中脱除离子液体中的水分。
8.按照权利要求7的方法，其特征在于，闪蒸罐在温度50-200℃，压力0.01-0.9atm条件下操作，闪蒸罐底部采出的离子液体循环使用。
9.按照权利要求6的方法，其特征在于，在气液分离器和闪蒸罐之间添加换热器。
10.按照权利要求1的方法，其特征在于，离子液体类型包括但不限于以下：阳离子是咪唑类、吡啶类或季铵盐类，阴离子是双三氟甲磺酰亚胺、四氟硼酸根、六氟磷酸根、乙酸根或硫酸二乙酯；吸附剂选择一种或两种离子液体；原料气指的是含二氧化碳的混合气、碳四气体混合物、天然气混合物或合成气混合物；脱除的水份中还可包括可凝性有机物。
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