CN109173592A - 一种离子液体作为吸收剂捕捉烟道气中二氧化碳的方法 - Google Patents
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Abstract
本发明提供了一种离子液体作为吸收剂捕捉烟道气中二氧化碳的方法，针对烟道气需要降低其中二氧化碳含量、达标后排放的现状。本方法以咪唑类离子液体为吸收剂，利用离子液体对二氧化碳具有良好吸收效果的特点，实现了从烟道气中捕集较高纯度CO2、达标排放的目标。与传统单乙醇胺化学吸收的方法相比，减少溶剂损失，没有副反应，减少腐蚀，大幅降低了能耗，节省了设备费用。吸收剂难挥发的特性可用闪蒸罐实现解吸高纯度二氧化碳的目的，可回用至吸收塔，节省了原料成本。
Description
【技术领域】
本发明属于化工分离纯化领域，具体涉及一种离子液体作为吸收剂捕捉烟道气中二氧化碳的方法
【背景技术】
烟道气是煤等化石燃料燃烧时候所产生的对环境有污染的气态物质。其主要成分为氮气、二氧化碳、氧气、水蒸气和硫化物等，无机污染物占99％以上。因这些物质通常由烟道或烟囱排出，须经气体净化装置处理后排空，以减少对环境的污染。二氧化碳作为温室气体，对全球气温变暖具有重要影响。为了降低温室效应给社会和经济带来的负面影响，同时降低烟道气对环境的污染，对二氧化碳的吸收尤为重要。
离子液体是指一种由氮或磷杂环的有机阳离子和无机阴离子组成的盐，在室温条件下呈液态。本身具有化学稳定性高、热力学稳定性高、难挥发性、良好的导电性等优点可用于高压条件下的反应。这些特殊的结构和物性特性为离子液体的应用带来了广阔的发展空间，尤其是离子液体对有机以及无机化合物有很好的溶解能力，使之在固定转化和利用二氧化碳方面具有极大的应用潜力。
文献(环丁砜-哌嗪溶液吸收烟道气中二氧化碳.环境工程学报，2012年第7卷)采用搅拌实验装置,研究环丁砜溶液及不同配比的环丁砜-PZ复合溶液对烟道气中二氧化碳的吸收和解吸性能，与相同配比的单乙醇胺、DEA相比具有较大再生优势，方法简单，吸收量约为0.126mol，但吸收剂再生率为90.34％，溶剂损耗较大。
专利(CN101993378B)涉及用于吸收酸性气体的含胺基离子液体及其制备方法与应用，该方法制备的含胺基离子液体可吸收二氧化碳、硫化氢、二氧化硫等酸性气体，且成本低、制备方法简单。虽然解吸后的二氧化碳纯度可达98％，但是操作过程复杂，需要反复操作。
专利(CN102600716A)涉及一种低温下咪唑类离子液体吸收二氧化碳气体的方法，该方法采用低温下搅拌进行吸收，方法简单。但操作温度低，不适用于一些低温下易结晶的咪唑类离子液体，此方法仅测定了二氧化碳在离子液体中的溶解度，没有涉及到后续的解吸过程。
本发明采用单塔和两个闪蒸罐实现了烟道气中二氧化碳的脱除，以离子液体为吸收剂，利用该吸收剂对二氧化碳较好的吸收效果，实现二氧化碳脱除率可达90％以上；利用吸收剂难挥发的特性，使离子液体能够实现回收再利用，降低了分离难度；利用闪蒸罐回收离子液体，能耗低且工艺简单。
【发明内容】
[要解决的技术问题]
本发明的目的是提供一种离子液体作为吸收剂捕捉烟道气中二氧化碳的方法。
[技术方案]
本发明针对使用单乙醇胺吸收烟道气中二氧化碳的方法存在的问题，即化学吸收腐蚀性强、易与烟道气中氧气发生不可逆反应加剧了设备的腐蚀等，提出了一种一种离子液体作为吸收剂捕捉烟道气中二氧化碳的方法，不仅达到了防止腐蚀的目的，而且工艺更加清洁环保，吸收解吸后二氧化碳的纯度高达90％以上。
本发明是通过如下技术方案实现的：一种离子液体作为吸收剂捕捉烟道气中二氧化碳的方法，实现该方法的装置包括：脱水装置D1、多级压缩机M-CP1、多级压缩机M-CP2、混合器M1、M2、吸收塔T1、闪蒸罐F1、闪蒸罐F2、换热器H1、冷凝器C1、冷凝器C2、压缩机CP1、进料泵P1、循环泵P2；多级压缩机M-CP1与脱水装置D1进口相连接，气体出口经混合器M1、多级压缩机M-CP2与吸收塔进口连接；进料泵P1经混合器M2与吸收塔T1进料口连接，吸收塔T1顶部气相出口排空氮气，塔底二氧化碳-氮气-吸收剂与闪蒸罐F1入口连接；闪蒸罐F1上部气体出口与压缩机CP1连接，再经和冷凝器C1进入混合器M1，塔底富二氧化碳吸收剂经换热器H1与闪蒸罐F2入口连接；闪蒸罐F2顶部气相出口排出二氧化碳，底部吸收剂经过循环泵P2以及冷凝器C2进入混合器M2，混合后进入吸收塔T1。
一种离子液体作为吸收剂捕捉烟道气中二氧化碳的方法，包括以下步骤：
(1)烟道气经多级压缩机M-CP1输送至脱水装置D1，脱水后的气体经混合器M1、多级压缩机M-CP2输送至吸收塔T1塔底；
(2)离子液体经进料泵P1输送至吸收塔T1塔顶，塔顶气氮气排空，塔底液二氧化碳-氮气-吸收剂进入闪蒸罐F1；
(3)闪蒸罐F1经过一次闪蒸，罐顶气相出口排出氮气和二氧化碳混合气经压缩机CP1、冷凝C1与混合器M1入口相连，再经多级压缩机M-CP2输送至吸收塔T1塔顶，罐底富二氧化碳吸收剂经换热器H1与闪蒸罐F2进口连接；
(4)通过闪蒸罐F2，解吸出二氧化碳，二氧化碳从罐顶直接采出，离子液体经罐底流出，经循环泵P2、冷凝器C2、混合器M2回收至吸收塔T1；
脱水装置D1操作压力13～17，温度为15～25℃；吸收塔T1操作压力为25～35bar，塔板数为5～15块，离子液体从塔顶进入，气体从塔底进入，塔顶进料温度为30～60℃，塔底进料温度为30～60℃；闪蒸罐F1操作压力为3～5bar，温度为25～65℃；闪蒸罐F2操作压力为0.05～1.5bar，温度为100～130℃。
根据本发明的另一优选实施方式，其特征在于：所述吸收剂为咪唑型离子液体，用量为12500～14500kg/h。
根据本发明的另一优选实施方式，其特征在于：所述的氮气-二氧化碳-水混合气中，氮气质量分数为78％、二氧化碳质量分数为12.5％，水质量分数为9.5％。
根据本发明的另一优选实施方式，其特征在于：经脱水装置D1脱水后，底部排出水含量高于99％。
根据本发明的另一优选实施方式，其特征在于：闪蒸罐F2罐顶排出的二氧化碳纯度高于90％。
根据本发明的另一优选实施方式，其特征在于：经闪蒸罐F2闪蒸后，由泵P2、经冷凝器C2输送至混合器M2的吸收剂离子液体纯度高于99.9％，可重复用于吸收塔T1。
本发明的一种离子液体作为吸收剂捕捉烟道气中二氧化碳的方法具体描述如下：
常压下，烟道气(氮气-二氧化碳-水)经多级压缩机M-CP1输送至脱水装置D1中，脱水后，水从底部流出，干燥后的氮气-二氧化碳经混合器M1、多级压缩机M-CP2升压后送入吸收塔T1塔底，吸收剂离子液体经进料泵P1经混合器M2进入吸收塔塔顶，气液在吸收塔内部逆流传质，氮气在塔顶排出，氮气-二氧化碳-吸收剂从塔底流入闪蒸罐F1，经一次闪蒸后，将罐顶氮气-二氧化碳经压缩机CP1、冷凝器C1送入混合器M1后，再次经多级压缩机M-CP1进入吸收塔T1，罐底富二氧化碳吸收剂流入闪蒸罐F2，二氧化碳气体从灌顶排出，离子液体吸收剂经循环泵P2、冷凝器C2流回混合器M2，进入吸收塔T1塔顶循环利用。
[有益效果]
本发明与现有技术相比，主要有以下有益效果：
(1)采取本工艺分离烟道气(氮气-二氧化碳-水)，能够有效地脱除烟道气中的二氧化碳达标排放，解决了设备腐蚀问题；
(2)分离后的二氧化碳纯度高于90％、氮气纯度高达99.7％、脱除水纯度高达99.6％；
(3)该方法具有能耗低，工艺简单，吸收剂离子液体易于回收、化学热稳定性好，降低了分离成本。
【附图说明】
图1是本发明的流程示意图，其中：
D1-脱水装置；M-CP1，M-CP2-多级压缩机；M1，M2-混合器；T1-吸收塔、F1，F2-闪蒸罐；H1，C1，C2-换热器；CP1-压缩机；P1-进料泵；P2-循环泵；数字代表各管路物流。
【具体实施方式】
实施例1：
进料中烟道气的成分为二氧化碳12.5％、氮气78％、水9.5％(质量百分比)，进料温度为53.3℃，流量为500kg/h。脱水装置D1的操作压力为15bar，操作温度为20℃；吸收塔T1内操作压力为30bar，理论板数为8块，吸收过程中吸收剂用量为13000kg/h，气体从塔底进，液体从塔顶进；闪蒸罐F1的操作压力为4bar，操作温度为45℃；闪蒸罐F1的操作压力为0.09bar，操作温度为125℃。分离后得到二氧化碳质量分数为94.6％，水纯度为99.7％，氮气纯度为99.7％。
实施例2：
进料中烟道气的成分为二氧化碳12.5％、氮气78％、水9.5％(质量百分比)，进料温度为53.3℃，流量为500kg/h。脱水装置D1的操作压力为15bar，操作温度为20℃；吸收塔T1内操作压力为31bar，理论板数为8块，吸收过程中吸收剂用量为13500kg/h，气体从塔底进，液体从塔顶进；闪蒸罐F1的操作压力为4bar，操作温度为45℃；闪蒸罐F1的操作压力为0.09bar，操作温度为125℃。分离后得到二氧化碳质量分数为94.4％，水纯度为99.7％，氮气纯度为99.9％。
实施例3：
进料中烟道气的成分为二氧化碳12.5％、氮气78％、水9.5％(质量百分比)，进料温度为53.3℃，流量为500kg/h。脱水装置D1的操作压力为15bar，操作温度为20℃；吸收塔T1内操作压力为32bar，理论板数为8块，吸收过程中吸收剂用量为14000kg/h，气体从塔底进，液体从塔顶进；闪蒸罐F1的操作压力为4bar，操作温度为45℃；闪蒸罐F1的操作压力为0.09bar，操作温度为125℃。分离后得到二氧化碳质量分数为94.1％，水纯度为99.7％，氮气纯度为99.9％。
Claims (6)
1.一种离子液体作为吸收剂捕捉烟道气中二氧化碳的方法，实现该方法的装置包括：脱水装置D1、多级压缩机M-CP1、多级压缩机M-CP2、混合器M1、M2、吸收塔T1、闪蒸罐F1、闪蒸罐F2、换热器H1、冷凝器C1、冷凝器C2、压缩机CP1、进料泵P1、循环泵P2；多级压缩机M-CP1与脱水装置D1进口相连接，气体出口经混合器M1、多级压缩机M-CP2与吸收塔进口连接；进料泵P1经混合器M2与吸收塔T1进料口连接，吸收塔T1顶部气相出口排空氮气，塔底二氧化碳-氮气-吸收剂与闪蒸罐F1入口连接；闪蒸罐F1上部气体出口与压缩机CP1连接，再经和冷凝器C1进入混合器M1，塔底富二氧化碳吸收剂经换热器H1与闪蒸罐F2入口连接；闪蒸罐F2顶部气相出口排出二氧化碳，底部吸收剂经过循环泵P2以及冷凝器C2进入混合器M2，混合后进入吸收塔T1。
一种离子液体作为吸收剂捕捉烟道气中二氧化碳的方法，包括以下步骤：
(1)烟道气经多级压缩机M-CP1输送至脱水装置D1，脱水后的气体经混合器M1、多级压缩机M-CP2输送至吸收塔T1塔底；
(2)离子液体经进料泵P1输送至吸收塔T1塔顶，塔顶气氮气排空，塔底液二氧化碳-氮气-吸收剂进入闪蒸罐F1；
(3)闪蒸罐F1经过一次闪蒸，罐顶气相出口排出氮气和二氧化碳混合气经压缩机CP1、冷凝C1与混合器M1入口相连，再经多级压缩机M-CP2输送至吸收塔T1塔顶，罐底富二氧化碳吸收剂经换热器H1与闪蒸罐F2进口连接；
(4)通过闪蒸罐F2，解吸出二氧化碳，二氧化碳从罐顶直接采出，离子液体经罐底流出，经循环泵P2、冷凝器C2、混合器M2回收至吸收塔T1；
脱水装置D1操作压力13～17，温度为15～25℃；吸收塔T1操作压力为25～35bar，塔板数为5～15块，离子液体从塔顶进入，气体从塔底进入，塔顶进料温度为30～60℃，塔底进料温度为30～60℃；闪蒸罐F1操作压力为3～5bar，温度为25～65℃；闪蒸罐F2操作压力为0.05～1.5bar，温度为100～130℃。
2.根据权利要求1所述的一种离子液体作为吸收剂捕捉烟道气中二氧化碳的方法，其特征在于：所述吸收剂为咪唑型离子液体，用量为12500～14500kg/h。
3.根据权利要求1所述的一种离子液体作为吸收剂捕捉烟道气中二氧化碳的方法，其特征在于：所述的氮气-二氧化碳-水混合气中，氮气质量分数为78％、二氧化碳质量分数为12.5％，水质量分数为9.5％。
4.根据权利要求1所述的一种离子液体作为吸收剂捕捉烟道气中二氧化碳的方法，其特征在于：经脱水装置D1脱水后，底部排出水含量高于99％。
5.根据权利要求1所述的一种离子液体作为吸收剂捕捉烟道气中二氧化碳的方法，其特征在于：闪蒸罐F2罐顶排出的二氧化碳纯度高于90％。
6.根据权利要求1所述的一种离子液体作为吸收剂捕捉烟道气中二氧化碳的方法，其特征在于：经闪蒸罐F2闪蒸后，由泵P2、经冷凝器C2输送至混合器M2的吸收剂离子液体纯度高于99.9％，可重复用于吸收塔T1。
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