CN106076078A - 用以调控气体湿度的离子液除湿方法与系统 - Google Patents

用以调控气体湿度的离子液除湿方法与系统 Download PDF

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Abstract

本发明提供了用以调控气体湿度的离子液除湿方法与系统。所述离子液除湿方法包括：使湿度较高的气体与气体除湿剂贫液充分接触，从而至少使所述气体中的水分被气体除湿剂贫液吸收，获得湿度较低的气体及气体除湿剂富液；所述气体除湿剂贫液包括至少能够吸收水的离子液体。优选的，所述气体除湿剂贫液采用离子液体。优选的，所述离子液体还能够吸收挥发性有机化合物。本发明通过采用离子液体作为除湿剂，可高效、快速的去除气体中水分，且所需设备简单，系统能稳定可靠的运行，安全环保。本发明尤其适用于需控制空气湿度的生产车间如锂电池、医药药剂生产车间、干燥仓库等；同样还可应用于天然气、伴生气等的脱水净化工艺。

Description

用以调控气体湿度的离子液除湿方法与系统
技术领域
本发明具体涉及一种离子液体用于气体(例如空气)湿度控制的除湿方法及装置，属于空气除湿干燥领域。
背景技术
随着工业的发展和生活水平的提高，很多生产或生活环境对空气的湿度提出特殊的要求。例如，锂电池生产车间的温度一般控制在20～25℃，相对湿度一般要求保持在10％左右，部分空间甚至要求1％以下，几近绝对干燥的湿度环境主要是为了保证锂电池的生产安全与质量。
控制空气湿度逐渐受到人们的重视并产生了多种除湿方法。如低温冷凝法和加压除湿分离法、溶剂吸收法、固体吸附法、膜分离法等。车间除湿比较常用的低温冷凝除湿法和加压除湿法，这类方法降温升温能耗大，特殊的湿度要求能耗更高；另一类是使用具有除湿性能的固体吸附或溶剂与空气直接接触，实现空气中水分的去除达到除湿效果。由于液体除湿材料具有以下优点而得到广泛使用：(1)易于实现等温除湿，避免降温升温能耗；(2)可以使用更低品位的热能作为再生能源；(3)结构简单，易于成套化。
对于常用的液体除湿而言，除湿溶液的性能是影响液体除湿空调系统的重要因素。人们所期望的除湿剂特性有：除湿剂性质稳定；表面蒸气压低；对水分的溶解度大、溶液除湿剂的用量少；高沸点、高冷凝热、低凝固点；无腐蚀性、无毒性等。氯化钙、氯化锂和溴化锂等吸湿性溶液常被用作除湿剂，但其存在的固有缺点包括易结晶，具有腐蚀性以及污染环境等。三甘醇脱水在工业上有一定应用，但存在易分解、损耗高，有一定挥发度，再生能耗高等缺点。
又及，目前在锂电池、药品制剂等的生产车间，保证所需的超低湿度的成熟手段之一是转轮除湿，其原理主要在于：新风经一级表冷降温预处理，与回风混合后再经过二级表冷降温后经过硅胶/分子筛复合转轮后，最终经过三级表冷降温处理后送入干燥间内。但是这种转轮除湿技术设备投入大，同时再生所用蒸汽量大，运行费用高。
发明内容
本发明的主要目的在于提供一种用以调控气体湿度的离子液除湿方法与系统，以克服现有技术中的不足。
为实现前述发明目的，本发明采用的技术方案包括：
本发明实施例提供了一种用以调控气体湿度的离子液除湿方法，其包括：使湿度较高的气体与气体除湿剂贫液充分接触，从而至少使所述气体中的水分被气体除湿剂贫液吸收，获得湿度较低的气体及气体除湿剂富液；所述气体除湿剂贫液包括至少能够吸收水的离子液体。
优选的，所述气体除湿剂贫液采用离子液体。
优选的，所述离子液体还能够吸收挥发性有机化合物。
在一些较为具体的实施方案中，所述离子液除湿方法包括：
将气体除湿剂贫液自吸收装置顶部喷入，并将湿度较高的气体自吸收装置顶部或底部鼓入，使湿度较高的气体与气体除湿剂贫液充分接触，至少脱除湿度较高的气体中的水分，获得湿度较低的气体和气体除湿剂富液；
以及，至少脱除气体除湿剂富液中的水分，获得气体除湿剂贫液并将之循环使用。
本发明实施例还提供了一种用以调控气体湿度的离子液除湿系统，其包括：
吸收装置，至少用以使湿度较高的气体与气体除湿剂贫液充分接触，从而至少使所述气体中的水分被气体除湿剂贫液吸收，获得湿度相对较低的气体和气体除湿剂富液；
再生系统，至少用以脱除气体除湿剂富液中的水分，获得气体除湿剂贫液；
输送泵，至少用以将再生系统输出的气体除湿剂贫液重新输入所述吸收装置；
其中所述气体除湿剂贫液包括至少能够吸收水的离子液体。
优选的，所述气体除湿剂贫液采用离子液体。
优选的，所述离子液体还能够吸收挥发性有机化合物。
其中，所述气体包括空气、天然气或伴生气等，但不限于此。
较之现有技术，本发明通过采用离子液体作为除湿剂，可高效、快速的去除气体中水分，且所需设备简单，系统能稳定可靠的运行，安全环保。
附图说明
图1是本发明一典型实施例中一种离子液体脱水除湿工艺流程示意图。
图2是本发明另一典型实施例中一种离子液体脱水除湿工艺流程示意图。
具体实施方式
本发明实施例的一个方面提供了一种用以调控气体湿度的离子液除湿方法，其包括：使湿度较高的气体与气体除湿剂贫液充分接触，从而至少使所述气体中的水分被气体除湿剂贫液吸收，获得湿度较低的气体及气体除湿剂富液。
其中，所述气体除湿剂贫液包括至少能够吸收水的离子液体。
其中，所述气体除湿剂贫液也可包括离子液体与其它物质的复配物。
优选的，所述气体除湿剂贫液采用离子液体。
进一步优选的，所述离子液体还能够吸收挥发性有机化合物。
本发明中采用离子液体作为气体除湿剂，因其具有选择性吸水能力良好，化学性质稳定等特点，以及具有低的水蒸气分压力和高除湿效率等特点，可以达成有效、快速、低能耗的去除气体中水分的目的，并且因离子液体在常温下为液态，能保证系统可靠运行，同时因离子液体具有无挥发性和不含VOC(挥发性有机化合物，定义参阅美国ASTMD3960-98标准)，不会污染环境等优点，使之可以通过减压或升温的方式进行回收再生，避免使用传统溶剂所带来的高消耗量和环境污染等问题。
在一些较为具体的实施方案中，所述离子液除湿方法包括：
将气体除湿剂贫液自吸收装置顶部喷入，并将湿度较高的气体自吸收装置顶部或底部鼓入，使湿度较高的气体与气体除湿剂贫液充分接触，至少脱除湿度较高的气体中的水分，获得湿度较低的气体和气体除湿剂富液；
以及，至少脱除气体除湿剂富液中的水分，获得气体除湿剂贫液并将之循环使用。
较为优选的，所述离子液除湿方法还包括：在使所述气体除湿剂贫液与气体充分接触之前，先脱除气体除湿剂贫液中的挥发性有机化合物。
较为优选的，所述离子液除湿方法还包括：至少选用加热、真空抽提中的任一种方式脱除气体除湿剂富液中的水分。
进一步的，所述吸收装置包括吸收塔，所述吸收塔包括填料塔、喷淋空塔或鼓泡塔。
进一步的，所述吸收装置可以是一级或两级以上的，例如可以包括一级或两级以上吸收塔。
本发明实施例还提供了一种用以调控气体湿度的离子液除湿系统，其包括：
吸收装置，至少用以使湿度较高的气体与气体除湿剂贫液充分接触，从而至少使所述气体中的水分被气体除湿剂贫液吸收，获得湿度相对较低的气体和气体除湿剂富液；
再生系统，至少用以脱除气体除湿剂富液中的水分，获得气体除湿剂贫液；
输送泵，至少用以将再生系统输出的气体除湿剂贫液重新输入所述吸收装置；
其中所述气体除湿剂贫液包括至少能够吸收水的离子液体。
优选的，所述气体除湿剂贫液采用离子液体。
进一步优选的，所述离子液体还能够吸收挥发性有机化合物。
较为优选的，所述离子液除湿系统还包括与所述装置连通的气体除湿剂贫液补给装置。
较为优选的，所述再生系统包括至少具有加热和/或真空抽提功能的装置。
进一步的，所述吸收装置包括吸收塔，所述吸收塔包括填料塔、喷淋空塔或鼓泡塔。
进一步的，所述吸收装置可以是一级或两级以上的，例如可以包括一级或两级以上吸收塔。
较为优选的，所述离子液除湿系统还可包括：气体控制装置，至少用于对从所述离子液除湿系统中输出的、湿度相对较低的气体的温度和/或湿度进行调整。
较为优选的，所述离子液除湿系统还可包括：用以脱除气体除湿剂贫液中挥发性有机化合物的装置。
前述的离子液吸收剂为单一离子液体或两种以上离子液体的混合溶液，或是离子液体与甘醇溶液(不含水的溶剂或溶液)等的复配混合溶液。
构成前述离子液体的阳离子包括但不限于季铵盐类、季磷盐类、吡啶类、咪唑类等中的任意一种或两种以上的组合；阴离子包括但不限于乙酸根、磷酸二甲酯根、氯根、亚甲基硫酸根离子、甲基硫酸根、四氟硼酸根、六氟磷酸根、磺酸盐类或胺盐类等中的任意一种或两种以上的组合。
优选的，前述离子液体可以主要为乙酸盐类、磷酸酯类离子液体等。
优选的，构成前述离子液体的阴离子可选自乙酸根离子和/或磷酸二甲酯根离子，阳离子可选自咪唑阳离子、吡啶阳离子及季铵阳离子中的至少一种。
前述气体可包括空气、天然气或伴生气，但不限于此。
本发明的一些典型实施例中提出的一类应用离子液体进行空气湿度控制的除湿方法，其包括：以离子液体作为吸收剂(即气体除湿剂，特别是气体除湿剂贫液)，主要设备为吸收塔，湿空气从塔底进入，离子液体从塔顶加入，两者在塔内实现气液接触，空气中的水分被吸收进入离子液中，除湿后的空气由塔顶引出。考虑到空气湿度的不同要求，或者对塔体高度的限制和操作的便利，可以设置多级塔串联除湿。吸收水分后的离子液体，由泵输送到再生系统中，经过加热系统或加热与真空耦合方法，脱除其中的水分后，再生为新鲜离子液体，回到前面的工序，再次从塔顶加入，吸收空气水分。
本发明采用离子液体或其复配液(不含水)作为除湿剂，其在用于对气体进行吸湿处理时，展示出极高的除湿效率(气体在除湿剂中的停留时间在0.1～10s内，即可将气体内的水含量控制在1.0g/m3以下)，且在再生处理后，除湿剂中残留的水含量可控制在0.1％以下，进而再重复使用时，仍保持前述的吸湿效率。尤其是，采用前述不含水的离子液体或其复配液作为除湿剂，其在用于对气体进行吸湿处理时，同时还可高效吸附其中的VOC，且在再生处理后，除湿剂中残留的VOC含量可控制在极低范围，进而再重复使用时，仍保持前述的VOC吸收效率。前述的这些效果是非常令人意外和惊喜的。
本发明的一些典型实施例中提出的一类用于空气湿度控制的除湿装置可以包括吸收塔、再生系统和输送泵等，并还可包括换热系统等。新加的离子液体或再生系统回收的离子液体(即气体除湿剂，特别是气体除湿剂贫液)进入吸收塔，与湿空气在塔内实现气液接触与交换，吸收空气中的水分后，再去往再生系统再生形成一个液体循环。湿空气通过吸收塔后脱除水分成干燥空气，后续进换热、湿度调节等控制到所需温度和湿度输送到应用场地。
前述实施例中的吸收塔可以为填料塔、喷淋塔或鼓泡塔等，并可以为一级或分解成多级组合，气液可逆流、顺流或错流。
前述实施例中的再生系统选自可以利用热源使水分蒸发的装置。所述的热源可以为供热热网、热泵系统、太阳能、电加热或余热/废热利用等。通过吸收外部的热量提高离子液体的温度，或增加真空系统(加热-真空抽提联用)，降低表面水蒸气分压，使得其中的水分得以蒸发，从而使离子液体再生。再生后，进入吸收前，保持常温或进行降温，降温可以是风冷、水冷等等，但不限于此。
本发明的工艺及系统尤其适用于需控制空气湿度的生产车间如锂电池、医药药剂生产车间、干燥仓库等；同样还可应用于天然气、伴生气等的脱水净化工艺。
如下结合附图和若干实施例对本发明的具体实施方式作进一步详细描述。
实施例1：本实施例采用醋酸吡啶盐离子液体作为除湿剂。
如图1所示是本实施例的一种空气除湿工艺示意图。本实施例工艺采用的空气除湿系统包括三级吸收塔10，再生系统11以及循环泵12。作为除湿剂的新鲜离子液体(除湿剂贫液)L1自第三级吸收塔塔顶进入，收集于塔底，由塔底的输送泵输送到第二级吸收塔塔顶喷入，离子液同样收集于塔底，离子液体中的含水量也不断增加，由塔底输送泵再次输送到第一级塔顶，并收集于该塔底，最后将形成的除湿剂富液(充分吸收水的离子液体)L2由泵输送到再生系统中进行再生，脱除其中的水分，得到新鲜离子液体，返回进入下一循环；而湿空气G1(露点13℃，即23℃时，相对湿度55％)从第一级吸收塔塔底进入除湿系统中，依次通过三级吸收塔，其中的水分被离子液体吸收后，从第三级塔顶排出，干燥空气G2(露点降低至-26℃，即23℃下，相对湿度2％左右)由气体控制装置13进行降温及湿度调节处理后送入空调房间。
前述离子液体的再生系统可包括热泵机组14(包括一热泵机组的风冷式冷凝器)、内冷装置15(一热泵机组的蒸发器)和输送泵等(图中未示出)，通过热泵机组冷凝器提供的冷凝热来对含水离子液体进行加热再生，通过热泵机组蒸发器降温处理离子液体除湿过程中产生的相变热。热泵机组的冷凝器提供离子液体再生的加热源；热泵机组的蒸发器中制冷剂蒸发吸收相变热，从而实现降温除湿，提高系统的除湿效率。
实施例2：本实施例采用复配离子液体作为除湿剂。该复配离子液可以由离子液与三甘醇等按比例复合而成。
如图2所示是本实施例的一种天然气除湿工艺示意图，该除湿工艺中采用的除湿系统包括一级吸收塔20，再生系统21以及循环泵22。该除湿系统在工作时，含水的天然气G1’(露点13℃，即23℃时，相对湿度85％，VOC含量150mg/m3)从吸收塔的塔底进入，与塔顶通入的复配离子液体L1’接触，吸收其中的水蒸汽后，除湿后的天然气G2’(露点13℃时，相对湿度2％，VOC含量0.6mg/m3)从塔顶引出，进入后面的工序或输送管道(并还可经气体控制装置23进行降温及湿度调节处理后输出)；复配离子液体从塔底排出，经热交换后，进入再生系统脱水处理，再生系统利用锅炉蒸汽(热源24)加热离子液L2’，将其中的水分蒸出，再经换热降温(冷源25)得到再生离子液体，回到吸收塔再次循环脱水。
对照例1：该对照例与实施例2基本相同，区别之处在于，于所述复配离子液体中添加了少量的水作为除湿剂(水含量约5wt％)，除湿后的天然气G2’在露点13℃时的相对湿度22％，VOC含量30mg/m3。
以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明技术原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。

Claims (11)

1.用以调控气体湿度的离子液除湿方法，其特征在于包括：使湿度较高的气体与气体除湿剂贫液充分接触，从而至少使所述气体中的水分被气体除湿剂贫液吸收，获得湿度较低的气体及气体除湿剂富液；所述气体除湿剂贫液包括至少能够吸收水的离子液体。优选的，所述气体除湿剂贫液采用离子液体。优选的，所述离子液体还能够吸收挥发性有机化合物。
2.根据权利要求1所述的用以调控气体湿度的离子液除湿方法，其特征在于包括：
将气体除湿剂贫液自吸收装置顶部喷入，并将湿度较高的气体自吸收装置顶部或底部鼓入，使湿度较高的气体与气体除湿剂贫液充分接触，至少脱除湿度较高的气体中的水分，获得湿度较低的气体和气体除湿剂富液；
以及，至少脱除气体除湿剂富液中的水分，获得气体除湿剂贫液并将之循环使用。
3.根据权利要求1所述的用以调控气体湿度的离子液除湿方法，其特征在于还包括：在使所述气体除湿剂贫液与气体充分接触之前，先脱除气体除湿剂贫液中的挥发性有机化合物。
4.根据权利要求1所述的用以调控气体湿度的离子液除湿方法，其特征在于还包括：至少选用加热、真空抽提中的任一种方式脱除气体除湿剂富液中的水分。
5.根据权利要求1所述的用以调控气体湿度的离子液除湿方法，其特征在于：所述吸收装置包括一级或两级以上吸收塔，所述吸收塔包括填料塔、喷淋空塔或鼓泡塔。
6.根据权利要求1所述的用以调控气体湿度的离子液除湿方法，其特征在于：所述离子液吸收剂为单一离子液体或两种及两种以上离子液体的混合溶液，或是离子液体与甘醇溶液复配混合溶液。优选的，构成所述离子液体的阳离子包括季铵盐类、季磷盐类、吡啶类、咪唑类；阴离子包括乙酸根、磷酸二甲酯根、氯根、亚甲基硫酸根离子、甲基硫酸根、四氟硼酸根、六氟磷酸根、磺酸盐类或胺盐类。优选的，构成所述离子液体中的阴离子选自乙酸根离子和/或磷酸二甲酯根离子，阳离子选自咪唑阳离子、吡啶阳离子及季铵阳离子中的至少一种。所用离子液体使用前还经过去除VOC的预处理。和/或，所述气体包括空气、天然气或伴生气。
7.用以调控气体湿度的离子液除湿系统，其特征在于包括：
吸收装置，至少用以使湿度较高的气体与气体除湿剂贫液充分接触，从而至少使所述气体中的水分被气体除湿剂贫液吸收，获得湿度相对较低的气体和气体除湿剂富液；
再生系统，至少用以脱除气体除湿剂富液中的水分，获得气体除湿剂贫液；
输送泵，至少用以将再生系统输出的气体除湿剂贫液重新输入所述吸收装置；
其中所述气体除湿剂贫液包括至少能够吸收水的离子液体；优选的，所述气体除湿剂贫液采用离子液体；优选的，所述离子液体还能够吸收挥发性有机化合物。
8.根据权利要求7所述的用以调控气体湿度的离子液除湿系统，其特征在于：所述吸收装置包括一级或两级以上吸收塔，所述吸收塔包括填料塔、喷淋空塔或鼓泡塔。和/或，所述再生系统包括至少具有加热和/或真空抽提功能的装置。和/或，所述离子液除湿系统还包括与所述装置连通的气体除湿剂贫液补给装置。
9.根据权利要求7所述的用以调控气体湿度的离子液除湿系统，其特征在于还包括：气体控制装置，至少用于对从所述离子液除湿系统中输出的、湿度相对较低的气体的温度和/或湿度进行调整以符合场合条件；和/或，用以脱除气体除湿剂贫液中挥发性有机化合物的装置。
10.根据权利要求7所述的用以调控气体湿度的离子液除湿系统，其特征在于：所述离子液吸收剂为单一离子液体或两种及两种以上离子液体的混合溶液，或是离子液体与甘醇溶液复配混合溶液。优选的，构成所述离子液体的阳离子包括季铵盐类、季磷盐类、吡啶类、咪唑类；阴离子包括乙酸根、磷酸二甲酯根、氯根、亚甲基硫酸根离子、甲基硫酸根、四氟硼酸根、六氟磷酸根、磺酸盐类或胺盐类。优选的，构成所述离子液体中的阴离子选自乙酸根离子和/或磷酸二甲酯根离子，阳离子选自咪唑阳离子、吡啶阳离子及季铵阳离子中的至少一种。
11.根据权利要求7所述的用以调控气体湿度的离子液除湿系统，其特征在于：所述气体包括空气、天然气或伴生气。
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