CN109569195A - 一种离子液体用于脱除气体中二甲基硫醚、二甲基二硫醚的方法 - Google Patents

一种离子液体用于脱除气体中二甲基硫醚、二甲基二硫醚的方法 Download PDF

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Abstract

一种离子液体用于脱除气体中二甲基硫醚、二甲基二硫醚的方法，属于分离纯化技术领域。采用离子液体及其混合溶液作为吸收剂吸收气体中二甲基硫醚、二甲基二硫醚时，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。总之，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，而且设备简单，投资少，能耗低。

Description

一种离子液体用于脱除气体中二甲基硫醚、二甲基二硫醚的 方法
技术领域
本发明涉及一种离子液体用于脱除气体中二甲基硫醚、二甲基二硫醚的方法。属于分离纯化技术领域。
背景技术
挥发性有机物(Volatile Organic Compounds)，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。二甲基硫醚和二甲基二硫醚作为常见的VOC类型化合物被广泛应用于化工生产中，它们可以作为化工生产中的生产原料、有机溶剂和有机合成中间体等。它们不仅具有VOC类物质的普遍性质，而且气味阈值极低，这增大了处理的难度。由于其含有硫元素，燃烧后会产生二氧化硫造成二次污染，所以工厂普遍采取的催化燃烧处理其他有机物的方法并不适用于它们。同时，对于吸附的方法，由于吸附剂的吸附容量有限且再生困难的缺点也不是一种有效的方法。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二甲基硫醚和二甲基二硫醚。
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二甲基硫醚、二甲基二硫醚的方法，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，气体产品中的可凝性组分的含量小于2000ppm。
本发明提出了一种以离子液体为吸收剂脱除气体中二甲基硫醚、二甲基二硫醚的方法，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、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，原料气中二甲基硫醚、二甲基二硫醚含量均为0.01％-40％(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二甲基硫醚、二甲基二硫醚含量都小于2000ppm；塔底富含二甲基硫醚、二甲基二硫醚的离子液体进入常温常压气液分离器，脱除离子液体中所吸收的少量原料气，釜残液则通过闪蒸罐解吸离子液体中的二甲基硫醚、二甲基二硫醚，闪蒸罐操作条件为：温度100-200℃，压力0.01-0.9bar，闪蒸罐底部采出的离子液体循环使用，顶部采出的气相经冷凝后进入下一步处理流程。
原料气为氮气、空气、二氧化碳。
吸收剂可以是单一离子液体或两种离子液体的混合溶液，离子液体阳离子可以为咪唑类、吡啶类、季铵盐类等，阴离子可以为双三氟甲磺酰亚胺、四氟硼酸根、六氟磷酸根、乙酸根、硫酸二乙酯等。
与现有技术相比，该技术具有极大的优越性：采用离子液体及其混合溶液作为吸收剂吸收气体中二甲基硫醚、二甲基二硫醚时，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。总之，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，而且设备简单，投资少，能耗低。
附图说明
图1高压下离子液体脱除气体中二甲基硫醚、二甲基二硫醚的工艺流程图；
B1—吸收塔；B2—气液分离器；B3—闪蒸罐；S—吸收剂，F—原料气；D—塔顶产品；G1—少量原料气；G2—二甲基硫醚、二甲基二硫醚；W—脱除二甲基硫醚、二甲基二硫醚的吸收剂。
若在气液分离器和闪蒸罐之间添加换热器为最优选流程。
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二甲基硫醚、二甲基二硫醚的效果，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。
如附图所示，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二甲基硫醚、二甲基二硫醚，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
如附图所示，吸收塔的操作条件为温度20℃，压力1.5MPa，吸收塔具有10块理论塔板，原料气为含二甲基硫醚、二甲基二硫醚摩尔分数分别为35％、5％的N2气体，从塔底进料，质量流量为6000kg/h，离子液体1-乙基-3-甲基咪唑双三氟甲磺酰亚胺盐([EMIM]+[TF2N]-)为吸收剂从塔顶加入，质量流量为7000kg/h，塔顶产品N2中二甲基硫醚、二甲基二硫醚的含量为二甲基硫醚209.5ppm、二甲基二硫醚8.4ppm，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N2，釜残液进入闪蒸罐脱除[EMIM]+[Tf2N]-中所吸收的二甲基硫醚、二甲基二硫醚，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N2中二甲基硫醚、二甲基二硫醚的含量为二甲基硫醚218.9ppm、二甲基二硫醚8.5ppm。
改变吸收塔理论板数为9，其他条件不变，塔顶产品N2中二甲基硫醚、二甲基二硫醚的含量为二甲基硫醚211.7ppm、二甲基二硫醚8.4ppm。
改变吸收塔理论板数为10，其他条件不变，塔顶产品N2中二甲基硫醚、二甲基二硫醚的含量为二甲基硫醚209.5ppm、二甲基二硫醚8.4ppm。
改变吸收塔理论板数为11，其他条件不变，塔顶产品N2中二甲基硫醚、二甲基二硫醚的含量为二甲基硫醚208.8ppm、二甲基二硫醚8.4ppm。
改变吸收塔理论板数为12，其他条件不变，塔顶产品N2中二甲基硫醚、二甲基二硫醚的含量为二甲基硫醚208.6ppm、二甲基二硫醚8.4ppm。
改变吸收塔理论板数为13，其他条件不变，塔顶产品N2中二甲基硫醚、二甲基二硫醚的含量为二甲基硫醚208.5ppm、二甲基二硫醚8.4ppm。
改变吸收塔理论板数为14，其他条件不变，塔顶产品N2中二甲基硫醚、二甲基二硫醚的含量为二甲基硫醚208.5ppm、二甲基二硫醚8.4ppm。
实施例2
如附图所示，吸收塔的操作条件为温度20℃，压力1.5MPa，吸收塔具有10块理论塔板，原料气为含二甲基硫醚、二甲基二硫醚摩尔分数分别为35％、5％的N2气体，从塔底进料，质量流量为6000kg/h，离子液体1-乙基-3-甲基咪唑双三氟甲磺酰亚胺盐([EMIM]+[Tf2N]-)为吸收剂从塔顶加入，质量流量为7000kg/h，塔顶产品N2中二甲基硫醚、二甲基二硫醚的含量为二甲基硫醚209.5ppm、二甲基二硫醚8.4ppm，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N2，釜残液进入闪蒸罐脱除[EMIM]+[Tf2N]-中所吸收的二甲基硫醚、二甲基二硫醚，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。
改变吸收剂的流量为5000kg/h，其他条件不变，塔顶产品N2中二甲基硫醚、二甲基二硫醚的含量为二甲基硫醚235.2ppm、二甲基二硫醚8.6ppm。
改变吸收剂的流量为6000kg/h，其他条件不变，塔顶产品N2中二甲基硫醚、二甲基二硫醚的含量为二甲基硫醚214.4ppm、二甲基二硫醚8.5ppm。
改变吸收剂的流量为7000kg/h，其他条件不变，塔顶产品N2中二甲基硫醚、二甲基二硫醚的含量为二甲基硫醚209.5ppm、二甲基二硫醚8.4ppm。
改变吸收剂的流量为8000kg/h，其他条件不变，塔顶产品N2中二甲基硫醚、二甲基二硫醚的含量为二甲基硫醚207.2ppm、二甲基二硫醚8.4ppm。
改变吸收剂的流量为9000kg/h，其他条件不变，塔顶产品N2中二甲基硫醚、二甲基二硫醚的含量为二甲基硫醚205.4ppm、二甲基二硫醚8.3ppm。
实施例3
如附图所示，吸收塔的操作条件为温度20℃，压力1.5MPa，吸收塔具有10块理论塔板，原料气为含二甲基硫醚、二甲基二硫醚摩尔分数分别为35％、5％的N2气体，从塔底进料，质量流量为6000kg/h，离子液体1-乙基-3-甲基咪唑双三氟甲磺酰亚胺盐([EMIM]+[Tf2N]-)为吸收剂从塔顶加入，质量流量为7000kg/h，塔顶产品N2中二甲基硫醚、二甲基二硫醚的含量为二甲基硫醚209.5ppm、二甲基二硫醚8.4ppm，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N2，釜残液进入闪蒸罐脱除[EMIM]+[Tf2N]-中所吸收的二甲基硫醚、二甲基二硫醚，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。
改变闪蒸罐操作温度为130℃，其他条件不变，塔顶产品N2中二甲基硫醚、二甲基二硫醚的含量为二甲基硫醚242.6ppm、二甲基二硫醚10.6ppm。
改变闪蒸罐操作温度为135℃，其他条件不变，塔顶产品N2中二甲基硫醚、二甲基二硫醚的含量为二甲基硫醚225.1ppm、二甲基二硫醚9.5ppm。
改变闪蒸罐操作温度为140℃，其他条件不变，塔顶产品N2中二甲基硫醚、二甲基二硫醚的含量为二甲基硫醚209.5ppm、二甲基二硫醚8.4ppm。
改变闪蒸罐操作温度为145℃，其他条件不变，塔顶产品N2中二甲基硫醚、二甲基二硫醚的含量为二甲基硫醚195.5ppm、二甲基二硫醚7.6ppm。
改变闪蒸罐操作温度为150℃，其他条件不变，塔顶产品N2中二甲基硫醚、二甲基二硫醚的含量为二甲基硫醚182.8ppm、二甲基二硫醚6.8ppm。
改变闪蒸罐操作温度为155℃，其他条件不变，塔顶产品N2中二甲基硫醚、二甲基二硫醚的含量为二甲基硫醚171.4ppm、二甲基二硫醚6.1ppm。
改变闪蒸罐操作温度为160℃，其他条件不变，塔顶产品N2中二甲基硫醚、二甲基二硫醚的含量为二甲基硫醚160.6ppm、二甲基二硫醚5.5ppm。
实施例4
如附图所示，吸收塔的操作条件为温度20℃，压力1.5MPa，吸收塔具有10块理论塔板，原料气为含二甲基硫醚、二甲基二硫醚摩尔分数分别为35％、5％的N2气体，从塔底进料，质量流量为6000kg/h，离子液体1-乙基-3-甲基咪唑双三氟甲磺酰亚胺盐([EMIM]+[Tf2N]-)为吸收剂从塔顶加入，质量流量为7000kg/h，塔顶产品N2中二甲基硫醚、二甲基二硫醚的含量为二甲基硫醚209.5ppm、二甲基二硫醚8.4ppm，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N2，釜残液进入闪蒸罐脱除[EMIM]+[Tf2N]-中所吸收的二甲基硫醚、二甲基二硫醚，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。
改变闪蒸罐的操作压力为0.04atm，其他条件不变，塔顶产品N2中二甲基硫醚、二甲基二硫醚的含量为二甲基硫醚167.8ppm、二甲基二硫醚6.8ppm。
改变闪蒸罐的操作压力为0.03atm，其他条件不变，塔顶产品N2中二甲基硫醚、二甲基二硫醚的含量为二甲基硫醚126.2ppm、二甲基二硫醚5.1ppm。
改变闪蒸罐的操作压力为0.02atm，其他条件不变，塔顶产品N2中二甲基硫醚、二甲基二硫醚的含量为二甲基硫醚84.5ppm、二甲基二硫醚3.4ppm。
实施例5
如附图所示，吸收塔的操作条件为温度20℃，压力1.5MPa，吸收塔具有10块理论塔板，原料气为含二甲基硫醚、二甲基二硫醚摩尔分数分别为35％、5％的N2气体，从塔底进料，质量流量为6000kg/h，离子液体1-乙基-3-甲基咪唑双三氟甲磺酰亚胺盐([EMIM]+[Tf2N]-)为吸收剂从塔顶加入，质量流量为7000kg/h，塔顶产品N2中二甲基硫醚、二甲基二硫醚的含量为二甲基硫醚209.5ppm、二甲基二硫醚8.4ppm，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N2，釜残液进入闪蒸罐脱除[EMIM]+[Tf2N]-中所吸收的二甲基硫醚、二甲基二硫醚，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。
改变吸收塔的操作温度为5℃，其他条件不变，塔顶产品N2中二甲基硫醚、二甲基二硫醚的含量为二甲基硫醚116.5ppm、二甲基二硫醚3.8ppm。
改变吸收塔的操作温度为10℃，其他条件不变，塔顶产品N2中二甲基硫醚、二甲基二硫醚的含量为二甲基硫醚142.7ppm、二甲基二硫醚5.0ppm。
改变吸收塔的操作温度为15℃，其他条件不变，塔顶产品N2中二甲基硫醚、二甲基二硫醚的含量为二甲基硫醚173.4ppm、二甲基二硫醚6.5ppm。
实施例6
如附图所示，吸收塔的操作条件为温度20℃，压力1.5MPa，吸收塔具有10块理论塔板，原料气为含二甲基硫醚、二甲基二硫醚摩尔分数分别为35％、5％的N2气体，从塔底进料，质量流量为6000kg/h，离子液体1-乙基-3-甲基咪唑双三氟甲磺酰亚胺盐([EMIM]+[Tf2N]-)为吸收剂从塔顶加入，质量流量为7000kg/h，塔顶产品N2中二甲基硫醚、二甲基二硫醚的含量为二甲基硫醚209.5ppm、二甲基二硫醚8.4ppm，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N2，釜残液进入闪蒸罐脱除[EMIM]+[Tf2N]-中所吸收的二甲基硫醚、二甲基二硫醚，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。
改变吸收塔的操作压力为1MPa，其他条件不变，塔顶产品N2中二甲基硫醚、二甲基二硫醚的含量为二甲基硫醚346.9ppm、二甲基二硫醚11.9ppm。
改变吸收塔的操作压力为1.5MPa，其他条件不变，塔顶产品N2中二甲基硫醚、二甲基二硫醚的含量为二甲基硫醚209.5ppm、二甲基二硫醚8.4ppm。
改变吸收塔的操作压力为2MPa，其他条件不变，塔顶产品N2中二甲基硫醚、二甲基二硫醚的含量为二甲基硫醚161.6ppm、二甲基二硫醚6.8ppm。

Claims (7)

1.一种离子液体用于脱除气体中二甲基硫醚、二甲基二硫醚的方法，其特征在于，采用吸收的方法，以离子液体作为吸收剂脱除气体中的二甲基硫醚、二甲基二硫醚。
2.按照权利要求1所述的一种离子液体用于脱除气体中二甲基硫醚、二甲基二硫醚的方法，其特征在于，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。
3.按照权利要求1所述的一种离子液体用于脱除气体中二甲基硫醚、二甲基二硫醚的方法，其特征在于，原料气从吸收塔塔底进入，离子液体从塔顶加入，塔底吸收过二甲基硫醚、二甲基二硫醚的离子液体通过常温常压的气液分离器，脱除离子液体中所夹带的少量原料气，釜残液则通过闪蒸罐解吸出离子液体中的二甲基硫醚、二甲基二硫醚，闪蒸罐底部采出的离子液体循环使用。
4.按照权利要求1所述的一种离子液体用于脱除气体中二甲基硫醚、二甲基二硫醚的方法，其特征在于，原料气中二甲基硫醚、二甲基二硫醚的摩尔分数含量均为0.01％-40％，溶剂比为0.1-20，塔顶产品中二甲基硫醚、二甲基二硫醚的含量均小于2000ppm。
5.按照权利要求1所述的一种离子液体用于脱除气体中二甲基硫醚、二甲基二硫醚的方法，其特征在于，原料气为氮气、空气、二氧化碳。
6.按照权利要求3所述的一种离子液体用于脱除气体中二甲基硫醚、二甲基二硫醚的方法，其特征在于，若在气液分离器和闪蒸罐之间添加换热器为最优选流程。
7.按照权利要求1所述的一种离子液体用于脱除气体中二甲基硫醚、二甲基二硫醚的方法，其特征在于，吸收剂是单一离子液体或两种离子液体的混合溶液，离子液体阳离子为咪唑类、吡啶类、季铵盐类，阴离子为双三氟甲磺酰亚胺、四氟硼酸根、六氟磷酸根、乙酸根、硫酸二乙酯。
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