CN105582786A - 一种离子液体用于脱除气体中挥发性有机物的方法 - Google Patents

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Abstract

一种离子液体用于脱除气体中挥发性有机物的方法，属于气体分离纯化技术领域。吸收塔在温度0-100℃，压力0.1-10MPa下操作，理论塔板数为5-20。塔顶气体产品中的VOCs甲醇、乙醇、甲苯含量均小于2000ppm(摩尔分数)；气液分离器在常温常压下操作，高温闪蒸罐在50-200℃，压力0.01-0.9atm条件下操作。采用离子液体及其混合溶液作为吸收剂吸收气体中VOCs时，产品纯度高，离子液体的不挥发性使其几乎没有溶剂损失，离子液体再生简单，可循环使用，同时离子液体对于管路及设备完全没有腐蚀性。此项技术不仅避免了使用传统溶剂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

一种离子液体用于脱除气体中挥发性有机物的方法
技术领域
本发明采用吸收的方法，以离子液体(IL)为吸收剂脱除气体中的挥发性有机物(VOCs)。属于气体分离纯化技术领域。
背景技术
挥发性有机物(VolatileOrganicCompounds)，即VOCs在常温下很容易挥发，多数具有刺激性气味，对人体和环境产生危害。VOCs是二次污染的前体物，能够引起光化学烟雾和雾霾天气，同时引发温室效应和臭氧层破坏等环境问题。石油化工和煤化工行业中炼油、炼焦等生产过程是VOCs的排放源之一，在这些行业中天然气、合成气、二氧化碳、空气等气体产品中的含有VOCs，包括苯，甲醇，乙醇等，脱除方法有吸附法，吸收法，膜分离法等。在工业中常采用三甘醇(TEG)作为吸收剂脱除气体中的VOCs气体，吸收塔塔顶产品中会夹带少量三甘醇，溶剂回收要采用精馏塔来脱除溶剂中的三甘醇，并且三甘醇会腐蚀设备和压缩机。本发明采用离子液体作为吸收剂，离子液体具有无毒，几乎不挥发，化学稳定性和热稳定性，对VOCs溶解度高等优点，采用离子液体作为吸收剂时，吸收塔塔顶产品纯度高(离子液体不夹带到产品气之中)，吸收塔压降小，寿命长。在溶剂回收阶段，由于离子液体几乎不挥发，通过简单的闪蒸就可以回收再利用，流程简单，能耗低，符合工业上节能减排小型化的要求，故本发明采用离子液体作为吸收剂脱除气体中的VOCs。
发明内容
本发明的目的在于提供一种离子液体用作溶剂脱除气体中VOCs的方法，应用吸收的方法以离子液体作为吸收剂且离子液体可循环利用，气体产品中的VOCs含量小于2000ppm。
离子液体作为吸收剂用于脱除气体中挥发性有机物。
离子液体作为吸收剂用于脱除气体中挥发性有机物的方法，其特征在于，以离子液体(IL)作为吸收剂脱除气体(二氧化碳、天然气、合成气、空气等)中的挥发性有机物(VOCs)，挥发性有机物(VOCs)为甲醇、乙醇、甲苯等中的一种或几种。吸收剂可以是一种离子液体或两种离子液体的混合溶液，离子液体阳离子选自咪唑类、吡啶类、季铵盐类等，阴离子选自双三氟甲磺酰亚胺、四氟硼酸根、六氟磷酸根、乙酸根、硫酸二乙酯等。
本发明提出了一种以离子液体为吸收剂脱除气体中VOCs的方法，该方法采用离子液体作为吸收剂，吸收塔操作条件为温度0-100℃、压力0.1-10MPa(一般0.1-0.6为常压，0.6-10为高压，0.6属于高压范围)、理论塔板数为5-20；原料气从吸收塔塔底进入，离子液体作为吸收剂从塔顶加入，吸收塔塔底富含VOCs的离子液体的进入气液分离器进行气液分离，气液分离器在常温常压下操作，脱除离子液体中的少量原料气体，气液分离器的釜残液流入闪蒸罐中进行闪蒸脱除离子液体中的VOCs；或吸收塔塔底富含VOCs的离子液体进入流入闪蒸罐中进行闪蒸，脱除离子液体中的少量原料气体以及VOCs。
闪蒸罐的操作条件为温度50-200℃，压力0.01-0.9atm，闪蒸罐底部采出的离子液体循环使用。
所述的气体、原料气指的是含甲烷的混合气、碳四气体混合物、二氧化碳混合物或合成气混合物等；在脱除气体中甲苯、苯、甲醇、三甘醇、乙醇等中的一种或几种VOCs。
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，离子液体的类型可以包括：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。
原料气中VOCs甲醇、乙醇、甲苯等含量均为0.01％-5％(摩尔分数)，溶剂比为0.1-20(溶剂比为加入吸收塔IL与原料气质量流量之比)，从塔顶得到的产品中甲醇、乙醇、甲苯含量都小于2000ppm。
附图说明
图1为本发明离子液体脱除气体中VOCs的一种工艺流程图。
其中，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—水蒸气及VOCs
W—脱除杂质的吸收剂
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，此工艺优选用于高压下离子液体脱除气体中水分和VOCs工艺。
图2为本发明离子液体脱除气体中VOCs另一种工艺流程图。
其中，B1—吸收塔；B2—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；W—脱除杂质的吸收剂；
另外，在吸收塔和闪蒸罐之间添加换热器为最优选流程，此工艺优选用于常压下离子液体脱除气体中水分和VOCs工艺。
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VOCs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，本发明的工艺流程包括吸收塔、气液分离器(常温常压)、溶剂闪蒸罐。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夹带的原料气，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VOCs，高纯度的离子液体从闪蒸罐底部采出，并循环使用。
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VOCs甲醇、乙醇、甲苯均为0.3％(摩尔分数)的CO2气体，从塔底进料，质量流量为5000kg/h，离子液体1-乙基-3-甲基咪唑双三氟甲磺酰亚胺([EMIM]+[Tf2N]-)为吸收剂从塔顶加入，质量流量为4000kg/h，塔顶产品CO2中VOCs的含量为甲醇10ppm、乙醇6ppm、甲苯23ppm，塔底富含[EMIM]+[Tf2N]-的物料进入常温常压的气液分离器，主要脱除离子液体[EMIM]+[Tf2N]-中夹带的少量CO2，釜残液进入闪蒸罐脱除[EMIM]+[Tf2N]-中所吸收的VOCs，闪蒸罐的操作条件为温度140℃，压力0.05atm，其底部采出的EMIM]+[Tf2N]-可以循环使用。
改变吸收塔理论板数为8，其他条件不变，塔顶产品CO2中VOCs的含量为甲醇10ppm、乙醇6ppm、甲苯36ppm。
改变吸收塔理论板数为9，其他条件不变，塔顶产品CO2中VOCs的含量为甲醇10ppm、乙醇6ppm、甲苯28ppm。
改变吸收塔理论板数为10，其他条件不变，塔顶产品CO2中VOCs的含量为甲醇10ppm、乙醇6ppm、甲苯23ppm。
改变吸收塔理论板数为11，其他条件不变，塔顶产品CO2中VOCs的含量为甲醇10ppm、乙醇6ppm、甲苯19ppm。
改变吸收塔理论板数为12，其他条件不变，塔顶产品CO2中VOCs的含量为甲醇10ppm、乙醇6ppm、甲苯17ppm。
改变吸收塔理论板数为13，其他条件不变，塔顶产品CO2中VOCs的含量为甲醇10ppm、乙醇6ppm、甲苯15ppm。
改变吸收塔理论板数为14，其他条件不变，塔顶产品CO2中VOCs的含量为甲醇10ppm、乙醇6ppm、甲苯14ppm。
改变吸收塔理论板数为15，其他条件不变，塔顶产品CO2中VOCs的含量为甲醇10ppm、乙醇6ppm、甲苯14ppm。
改变吸收塔理论板数为16，其他条件不变，塔顶产品CO2中VOCs的含量为甲醇10ppm、乙醇6ppm、甲苯13ppm。
改变吸收塔理论板数为17，其他条件不变，塔顶产品CO2中VOCs的含量为甲醇10ppm、乙醇6ppm、甲苯13ppm。
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，10块理论塔板，原料气为含VOCs甲醇、乙醇、甲苯均为0.3％(摩尔分数)的CO2气体，从塔底进料，质量流量为5000kg/h，离子液体[EMIM]+[Tf2N]-为吸收剂从塔顶加入，质量流量为4000kg/h，塔顶产品CO2中VOCs的含量为甲醇10ppm、乙醇6ppm、甲苯23ppm，塔底富含[EMIM]+[Tf2N]-的物料进入常温常压的气液分离器，主要脱除离子液体[EMIM]+[Tf2N]-中夹带的少量CO2，釜残液进入闪蒸罐脱除离子液体[EMIM]+[Tf2N]-中所吸收的VOCs，闪蒸罐的操作条件为温度140℃，压力0.05atm，其底部采出的离子液体[EMIM]+[Tf2N]-可以循环使用。
改变吸收剂的流量为4500kg/h，其他条件不变，塔顶产品CO2中VOCs的含量为甲醇10ppm、乙醇6ppm、甲苯17ppm。
改变吸收剂的流量为5000kg/h，其他条件不变，塔顶产品CO2中VOCs的含量为甲醇10ppm、乙醇6ppm、甲苯14ppm。
改变吸收剂的流量为5500kg/h，其他条件不变，塔顶产品CO2中VOCs的含量为甲醇10ppm、乙醇6ppm、甲苯13ppm。
改变吸收剂的流量为6000kg/h，其他条件不变，塔顶产品CO2中VOCs的含量为甲醇10ppm、乙醇6ppm、甲苯13ppm。
改变吸收剂的流量为6500kg/h，其他条件不变，塔顶产品CO2中VOCs的含量为甲醇10ppm、乙醇6ppm、甲苯13ppm。
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，10块理论塔板，原料气为含VOCs甲醇、乙醇、甲苯均为0.3％(摩尔分数)的CO2气体，从塔底进料，质量流量为5000kg/h，离子液体[EMIM]+[Tf2N]-为吸收剂从塔顶加入，质量流量为4000kg/h，塔顶产品CO2中VOCs的含量为甲醇10ppm、乙醇6ppm、甲苯23ppm，塔底富含[EMIM]+[Tf2N]-的物料进入常温常压的气液分离器，主要脱除离子液体[EMIM]+[Tf2N]-中夹带的少量CO2，釜残液进入闪蒸罐脱除离子液体[EMIM]+[Tf2N]-中所吸收的VOCs，闪蒸罐的操作条件为温度140℃，压力0.05atm，其底部采出的离子液体[EMIM]+[Tf2N]-可以循环使用。
改变闪蒸罐操作温度为145℃其他条件不变，塔顶产品CO2中VOCs的含量为甲醇8ppm、乙醇5ppm、甲苯21ppm。
改变闪蒸罐操作温度为150℃其他条件不变，塔顶产品CO2中VOCs的含量为甲醇7ppm、乙醇4ppm、甲苯20ppm。
改变闪蒸罐操作温度为155℃其他条件不变，塔顶产品CO2中VOCs的含量为甲醇7ppm、乙醇4ppm、甲苯19ppm。
改变闪蒸罐操作温度为160℃其他条件不变，塔顶产品CO2中VOCs的含量为甲醇7ppm、乙醇4ppm、甲苯18ppm。
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，10块理论塔板，原料气为含VOCs甲醇、乙醇、甲苯均为0.3％(摩尔分数)的CO2气体，从塔底进料，质量流量为5000kg/h，离子液体[EMIM]+[Tf2N]-为吸收剂从塔顶加入，质量流量为4000kg/h，塔顶产品CO2中VOCs的含量为甲醇10ppm、乙醇6ppm、甲苯23ppm，塔底富含[EMIM]+[Tf2N]-的物料进入常温常压的气液分离器，主要脱除离子液体[EMIM]+[Tf2N]-中夹带的少量CO2，釜残液进入闪蒸罐脱除离子液体[EMIM]+[Tf2N]-中所吸收的VOCs，闪蒸罐的操作条件为温度140℃，压力0.05atm，其底部采出的离子液体[EMIM]+[Tf2N]-可以循环使用。
改变闪蒸罐的操作压力为0.04atm，其他条件不变，塔顶产品CO2中VOCs的含量为甲醇8ppm、乙醇5ppm、甲苯20ppm。
改变闪蒸罐的操作压力为0.03atm，其他条件不变，塔顶产品CO2中VOCs的含量为甲醇6ppm、乙醇3ppm、甲苯18ppm。
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2.5MPa，10块理论塔板，原料气为含VOCs甲醇、乙醇、甲苯均为0.01％(摩尔分数)的CO2气体，从塔底进料，质量流量为5000kg/h，离子液体[EMIM]+[Tf2N]-为吸收剂从塔顶加入，质量流量为4000kg/h，塔顶产品CO2中VOCs的含量为甲醇2ppm、乙醇1ppm、甲苯2ppm，塔底富含[EMIM]+[Tf2N]-的物料进入常温常压的气液分离器，主要脱除离子液体[EMIM]+[Tf2N]-中夹带的少量CO2，釜残液进入闪蒸罐脱除离子液体[EMIM]+[Tf2N]-中所吸收的VOCs，闪蒸罐的操作条件为温度140℃，压力0.05atm，其底部采出的离子液体[EMIM]+[Tf2N]-可以循环使用。
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2.5MPa，吸收塔具有10块理论塔板，原料气为含VOCs甲醇、乙醇、甲苯均为0.3％(摩尔分数)的CO2气体，从塔底进料，质量流量为5000kg/h，离子液体1-乙基-3-甲基咪唑双三氟甲磺酰亚胺([EMIM]+[Tf2N]-)为吸收剂从塔顶加入，质量流量为4000kg/h，塔顶产品CO2中VOCs的含量为甲醇10ppm、乙醇6ppm、甲苯23ppm，塔底含有[EMIM]+[Tf2N]-的物料进入常温常压的气液分离器，主要脱除离子液体[EMIM]+[Tf2N]-中夹带的少量CO2，釜残液进入闪蒸罐脱除[EMIM]+[Tf2N]-中所吸收的VOCs，闪蒸罐的操作条件为温度140℃，压力0.05atm，其底部采出的EMIM]+[Tf2N]-可以循环使用。
将吸收剂改为[EMIM]+[BF4]-(1-乙基-3-甲基咪唑四氟硼酸盐)，其他条件不变，塔顶产品CO2中VOCs的含量为甲醇9ppm、乙醇6ppm、甲苯10ppm。
将吸收剂改为[EMIM]+[PF6]-(1-乙基-3-甲基咪唑六氟磷酸盐)，其他条件不变，塔顶产品CO2中VOCs的含量为甲醇20ppm、乙醇18ppm、甲苯32ppm。
实施例7
如图2所示的吸收流程。吸收塔的操作条件为温度25℃，压力0.1MPa，10块理论塔板，原料气为含VOCs甲醇、丙酮均为0.1％(摩尔分数)的N2，从塔底进料，质量流量为5000kg/h，离子液体[EMIM]+[Tf2N]-为吸收剂从塔顶加入，质量流量为10000kg/h，塔顶产品N2中VOCs的含量为甲醇556ppm、丙酮595ppm，塔底富含[EMIM]+[Tf2N]-的物料进入闪蒸罐脱除离子液体[EMIM]+[Tf2N]-中所吸收的VOCs，闪蒸罐的操作条件为温度140℃，压力0.05atm，其底部采出的离子液体[EMIM]+[Tf2N]-可以循环使用。

Claims (8)

1.离子液体作为吸收剂用于脱除气体中挥发性有机物。
2.离子液体作为吸收剂用于脱除气体中挥发性有机物的方法，其特征在于，以离子液体(IL)作为吸收剂脱除气体中的挥发性有机物(VOCs)，气体选自二氧化碳、天然气、合成气、空气，挥发性有机物(VOCs)为甲醇、乙醇、甲苯中的一种或几种；吸收剂是一种离子液体或两种离子液体的混合溶液，离子液体阳离子选自咪唑类、吡啶类、季铵盐类，阴离子选自双三氟甲磺酰亚胺、四氟硼酸根、六氟磷酸根、乙酸根、硫酸二乙酯。
3.按照权利要求2所述的方法，其特征在于，采用离子液体作为吸收剂，吸收塔操作条件为温度0-100℃、压力0.1-10MPa、理论塔板数为5-20；原料气从吸收塔塔底进入，离子液体作为吸收剂从塔顶加入，吸收塔塔底富含VOCs的离子液体的进入气液分离器进行气液分离，气液分离器在常温常压下操作，脱除离子液体中的少量原料气体，气液分离器的釜残液流入闪蒸罐中进行闪蒸脱除离子液体中的VOCs；或吸收塔塔底富含VOCs的离子液体进入流入闪蒸罐中进行闪蒸，脱除离子液体中的少量原料气体以及VOCs。
4.按照权利要求3所述的方法，其特征在于，闪蒸罐的操作条件为温度50-200℃，压力0.01-0.9atm。
5.按照权利要求3所述的方法，其特征在于，原料气中VOCs甲醇、乙醇、甲苯摩尔含量均为0.01％-5％，溶剂比为0.1-20，溶剂比为加入吸收塔IL与原料气质量流量之比，从塔顶得到的产品中甲醇、乙醇、甲苯含量都小于2000ppm。
6.按照权利要求3所述的方法，其特征在于，闪蒸罐底部采出的离子液体循环使用。
7.按照权利要求3所述的方法，其特征在于，吸收压力为常压0.1-0.6MPa时采用不使用气液分离器得技术方案，吸收压力为高压0.6-10MPa时采用使用气液分离器得技术方案。
8.按照权利要求3所述的方法，其特征在于，若采用气液分离器，在气液分离器和闪蒸罐之间添加换热器；若不采用气液分离器，则在吸收塔和闪蒸罐之间添加换热器。
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