CN217473105U - 一种离子液体低温变压吸收废气中氯甲烷的装置 - Google Patents
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Abstract
一种离子液体低温变压吸收废气中氯甲烷的装置，属于精细化工分离纯化技术领域。采用离子液体吸收剂，通过低温变压吸收，含氯甲烷废气从塔底进入气体吸收塔(T1)，吸收剂从塔顶进入气体吸收塔(T1)，气体吸收塔(T1)底部物流连接第一闪蒸罐(S1)中部，含微量氯甲烷的空气在第一闪蒸罐(S1)顶部排空，富氯甲烷气体的吸收剂从第一闪蒸罐(S1)底部进入第二闪蒸罐(S2)中部，产品氯甲烷气体在第二闪蒸罐(S2)顶部采出，吸收剂在第二闪蒸罐(S2)底部采出经换热器(H1)换热后，由输送泵(P1)输送回气体吸收塔(T1)顶部。具有能耗低、流程短、设备费用低、吸收容量大和吸收剂可循环等特点。
Description
技术领域
本实用新型涉及一种离子液体低温变压吸收废气中氯甲烷的装置。离子液体吸收剂可以是单一离子液体、混合离子液体或离子液体与水的混合物。本实用新型属于精细化工分离纯化技术领域。
背景技术
医药、锂电池隔膜等行业产生的含氯废气的无组织排放，已经威胁到了人体生命健康和生物生态环境。传统的活性碳纤维吸附等技术，存在吸附容量低以及不可避免的二次污染和废水排放等问题。目前在甲基氯硅烷、甲烷氯化物的生产过程中，分离塔顶部冷凝器的不凝性气中含有大量的氯甲烷，若对于该气体直接排放，则会造成大气污染且使氯甲烷气体不能回收利用，在一定程度上造成了资源浪费，因此，需要对氯甲烷尾气进行资源化回收利用。目前对氯甲烷尾气治理，多采用吸收塔来吸收氯甲烷尾气并对其进行解吸回收。然而，传统的吸收剂(有机溶剂)易挥发，导致氯甲烷尾气回收效果差且回收效率低下，容易造成二次污染。此外，富含氯甲烷的有机溶剂在解吸过程中需要消耗大量的能量。因此，开发新型绿色吸收剂及吸收装置对废气资源化回收利用具有重要意义。
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、结构可调控、不易挥发性和良好的导电性等优点。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或无机化合物有很好的溶解能力，使之在治理气体污染方面具有极大的应用潜力。
中国专利CN12717640A公开了一种智能高效的氯甲烷尾气回收装置及其使用方法，该系统包括吸收塔，通过第二气孔槽与第一气孔槽叠合的面积大小可实现经过阻隔盘的氯甲烷尾气流通量的变化，氯甲烷尾气经过阻隔盘的流通量变小可使氯甲烷尾气在吸收塔内存留的时间长，便于氯甲烷尾气与吸收液的充分反应，使氯甲烷尾气回收效果好且回收效率高。
中国专利CN112675667A公开了一种烷基金属生产过程中氯甲烷的回收吸收系统及方法，包括缓冲罐、真空泵、淋洗塔、溶剂泵、冷凝器、回收罐与连接管路，缓冲罐通过连接管路与真空泵连接，真空泵通过连接管路与淋洗塔连接，淋洗塔通过连接管路与冷凝器连接，冷凝器通过连接管路与回收罐连接，淋洗塔的上下两端还通过连接管路与溶剂泵相连接。该实用新型解决了现有的氯甲烷吸收装置吸收不完全，无法进行一体化回收操作，造成资源浪费，效率大大地降低的问题。
文献(有机硅生产中氯甲烷深度回收工艺优化分析.化工管理，2020年第9卷)针对有机硅生产中的氯甲烷回收工艺优化方法进行了讨论，在现有工艺方法的基础上进行了不同类型的技术转变，包括传统冷凝改造、膜分离法改造和吸收法改造。该技术减少了资源浪费，降低了生产成本，但是仍然存在二次污染问题。
本实用新型通过低温变压吸收-闪蒸，采用基于离子液体的吸收剂，实现了对含氯甲烷废气(尤其可以用于丁基橡胶生产中的废气)的高效分离。本装置具有能耗低、流程短、设备费用低、吸收容量大和吸收剂可循环等特点，适合将其作为治理工业含氯废气污染物的新技术进行推广。
实用新型内容
本实用新型的目的是提供一种离子液体低温变压吸收废气中氯甲烷的装置。可降低工艺过程能耗和设备费用，缩短工艺流程，同时对废气的吸收容量大和吸收剂可循环。
本实用新型是通过下述技术方案实现的。
一种离子液体低温变压吸收废气中氯甲烷的装置，其特征在于，该装置主要包含以下部分：
气体吸收塔(T1)、第一闪蒸罐(S1)、第二闪蒸罐(S2)、换热器(H1)、输送泵(P1)；
其中含氯甲烷废气(G-CH3Cl)与气体吸收塔(T1)下部连接进入气体吸收塔(T1)，离子液体吸收剂(A1)与气体吸收塔(T1)上部连接从上部进入，气体吸收塔(T1)底部与第一闪蒸罐(S1)的中部连接，第一闪蒸罐(S1)顶部设有排空管，用于排空含微量氯甲烷的气体(Gas1)，第一闪蒸罐(S1)底部与第二闪蒸罐(S2)中部连接，使得富氯甲烷气体的吸收剂从第一闪蒸罐(S1)底部进入第二闪蒸罐(S2)中部，第二闪蒸罐(S2)顶部采出产品氯甲烷气体，吸收剂在第二闪蒸罐(S2)底部采出依次经由经换热器(H1)、输送泵(P1)与气体吸收塔(T1)上部连接，使得吸收剂在第二闪蒸罐(S2)底部采出经换热器(H1)换热后，再由输送泵(P1)输送回气体吸收塔(T1)进行循环利用。
第二闪蒸罐(S2)的压力小于第一闪蒸罐(S1)的压力。
优选气体吸收塔(T1)的压力不小于第一闪蒸罐(S1)的压力。
第一闪蒸罐(S1)主要用于平衡缓冲压力，同时在顶部释放少量的气体(Gas-2)，此气体(Gas-2)中含有少量的氯甲烷。
采用上述装置进行基于离子液体吸收剂的低温变压吸收废气中氯甲烷的方法，主要包括以下步骤：
(1)含氯甲烷废气(G-CH3Cl)从下部进入气体吸收塔(T1)，离子液体吸收剂(A1)从塔上部进入气体吸收塔(T1)，气体吸收塔(T1)底部物流连接常第一蒸罐(S1)中部进行进一步分离；
(2)含微量氯甲烷的气体在第一闪蒸罐(S1)顶部排空，富氯甲烷气体的吸收剂从第一闪蒸罐(S1)底部进入第二闪蒸罐(S2)中部；
(3)产品氯甲烷气体在第二闪蒸罐(S2)顶部采出，离子液体吸收剂在第二闪蒸罐(S2)底部采出；
(4)在第二闪蒸罐(S2)底部采出的离子液体吸收剂经换热器(H1)换热后，由输送泵(P1)输送回气体吸收塔(T1)顶部与气体吸收塔(T1)上部连接进行离子液体吸收剂循环使用。
根据本实用新型的另一优选实施方式，其特征在于所述离子液体的阳离子为咪唑、吡啶、胺基等一种或几种，阴离子为卤盐、含F、有O酸、卤化物等的一种或几种。所述吸收剂为单一离子液体、混合离子液体或离子液体与水的混合物。
所述吸收剂总量与含氯甲烷气体的质量之比为1～8:1。
根据本实用新型的另一优选实施方式，所述气体吸收塔(T1)的操作压力为0.5～10atm优选不低于1atm，操作温度为20℃～100℃，理论塔板数N为3～15块，优选5～10块，含氯甲烷废气在气体吸收塔(T1)的进料位置为第(N-1)～N块，吸收剂进料位置为第1～2块。
根据本实用新型的另一优选实施方式，所述第一闪蒸罐(S1)的操作压力为0.5～1atm，优选为1atm，闪蒸温度为20℃～100℃，第二闪蒸罐(S2)的操作压力为0.01～0.8atm，闪蒸温度为20℃～140℃，且保证第二闪蒸罐(S2)的操作压力低于第一闪蒸罐(S1)的操作压力。
根据本实用新型的另一优选实施方式，本实用新型的废气尤其指丁基橡胶生产中的废气，所述含氯甲烷气体在废气中所占比例为0～50wt％，采用本实用新型技术，能把氯甲烷与二甲醚分开且达到能够回收利用的纯度，当废气中氯甲烷的质量含量为5％～40％，净化后的气体中的氯甲烷的含量低于400ppm，氯甲烷的回收率为98.50％～99.90％。
本实用新型的废气为丁基橡胶生产过程中的废气时，其中的二甲醚基本都从第一闪蒸罐(S1)顶部排出，即包含在的含微量氯甲烷的气体(Gas1)中排出，而在第二闪蒸罐顶部排出的氯甲烷中不含有二甲醚。
根据本实用新型的另一优选实施方式，其特征在于所述的低温是指吸收-解吸操作过程中最高温度低于100℃，低于一般传统吸收过程的解吸操作温度，进而节省了工艺过程能耗。
本实用新型与现有技术相比，主要有以下有益效果：
(1)本实用新型工艺简单，操作方便，成功分离了含氯甲烷废气，提高了氯甲烷的资源化利用率。
(2)采用基于离子液体的吸收剂，强化了吸收工艺的分离效果，吸收剂回收过程简单，降低了工艺过程的能耗，进而降低了工艺过程成本。
附图说明
图1为本实用新型一种离子液体低温变压吸收废气中氯甲烷的装置及方法工艺流程图。
图中，T1-气体吸收塔；S1-第一闪蒸罐；S2-第二闪蒸罐；H1-换热器；P1-输送泵。
G-CH3Cl-含氯甲烷废气；A1-离子液体吸收剂；Gas1-含微量氯甲烷的气体，Gas-2第一闪蒸罐(S1)顶部释放少量的气体；CH3Cl-氯甲烷气体。
具体实施方式
下面结合实施例，进一步说明本实用新型，但本实用新型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实用新型的技术范围内。
实施例1：
采用单一离子液体(以[EMIM][Ac]为例)
含氯甲烷废气的进料流量为100kg/h，进料中含氯甲烷5％(质量分数)、水1％(质量分数)、0.1％的二甲醚(质量分数)，余量为氮气。气体吸收塔(T1)的理论板数为8块，含氯甲烷废气的进料位置为第8块，单一离子液体(以[EMIM][Ac]为例)从气体吸收塔(T1)的第1块板位置进料，气体吸收塔(T1)操作压力和温度分别为2.2atm和30℃，吸收过程中离子液体与含氯甲烷废气的进料质量比为2:1，第一闪蒸罐(S1)的闪蒸温度为40℃，操作压力为1atm，第二闪蒸罐(S2)的闪蒸温度为40℃，操作压力为0.02atm，气体吸收塔(T1)顶部净化后的气体中氯甲烷含量低于390ppm，氯甲烷的回收率为99.6％且第二闪蒸罐(S2)顶部的气体中不含有二甲醚。循环的离子液体纯度为99.99％(质量分数)。
实施例2：
采用混合离子液体(以[EMIM][Ac]50％+[EMIM][BF4]50％为例)
含氯甲烷废气的进料流量为100kg/h，进料中含氯甲烷8％(质量分数)、水1％(质量分数)、0.1％的二甲醚(质量分数)，余量为氮气。气体吸收塔(T1)的理论板数为10块，含氯甲烷废气的进料位置为第10块，混合离子液体(以[EMIM][Ac]50％+[EMIM][BF4]50％为例)从气体吸收塔(T1)的第1块板位置进料，气体吸收塔(T1)操作压力和温度分别为2.5atm和30℃，吸收过程中离子液体与含氯甲烷废气的进料质量比为2:1，第一闪蒸罐(S1)的闪蒸温度为50℃，操作压力为1atm，第二闪蒸罐(S2)的闪蒸温度为40℃，操作压力为0.03atm，气体吸收塔(T1)顶部净化后的气体中氯甲烷含量低于320ppm，氯甲烷的回收率为99.85％且第二闪蒸罐(S2)顶部的气体中不含有二甲醚。循环的离子液体纯度为99.99％(质量分数)。
实施例3：
采用离子液体与水混合物(以[EMIM][Ac]90％+水10％为例)
含氯甲烷废气的进料流量为100kg/h，进料中含氯甲烷6％(质量分数)、水1％(质量分数)、0.1％的二甲醚(质量分数)，余量为氮气。气体吸收塔(T1)的理论板数为9块，含氯甲烷废气的进料位置为第9块，气体吸收塔(T1)操作压力和温度分别为2atm和30℃，离子液体与水混合物(以[EMIM][Ac]90％+水10％为例)从气体吸收塔(T1)的第1块板位置进料，吸收过程中离子液体与含氯甲烷废气的进料质量比为3:1，第一闪蒸罐(S1)的闪蒸温度为40℃，操作压力为1atm，第二闪蒸罐(S2)的闪蒸温度为50℃，操作压力为0.03atm，气体吸收塔(T1)顶部净化后的气体中氯甲烷含量低于350ppm，氯甲烷的回收率为99.75％且第二闪蒸罐(S2)顶部的气体中不含有二甲醚。循环的离子液体纯度为99.99％(质量分数)。
实施例4：
采用单一离子液体(以[BMIM][PF6]为例)
含氯甲烷废气的进料流量为100kg/h，进料中含氯甲烷5％(质量分数)、水1％(质量分数)、0.1％的二甲醚(质量分数)，余量为氮气。气体吸收塔(T1)的理论板数为8块，含氯甲烷废气的进料位置为第8块，单一离子液体(以[BMIM][PF6]为例)从气体吸收塔(T1)的第1块板位置进料，气体吸收塔(T1)操作压力和温度分别为2.5atm和35℃，吸收过程中离子液体与含氯甲烷废气的进料质量比为2:1，第一闪蒸罐(S1)的闪蒸温度为40℃，操作压力为1atm，第二闪蒸罐(S2)的闪蒸温度为40℃，操作压力为0.01atm，气体吸收塔(T1)顶部净化后的气体中氯甲烷含量低于360ppm，氯甲烷的回收率为99.5％且第二闪蒸罐(S2)顶部的气体中不含有二甲醚。循环的离子液体纯度为99.99％(质量分数)。
实施例5：
采用混合离子液体(以[BMIM][BF4]50％+[BMIM][PF6]50％为例)
含氯甲烷废气的进料流量为100kg/h，进料中含氯甲烷5％(质量分数)、水1％(质量分数)、0.1％的二甲醚(质量分数)，余量为氮气。气体吸收塔(T1)的理论板数为8块，含氯甲烷废气的进料位置为第8块，混合离子液体(以[BMIM][BF4]50％+[BMIM][PF6]50％为例)从气体吸收塔(T1)的第1块板位置进料，气体吸收塔(T1)操作压力和温度分别为2.2atm和25℃，吸收过程中离子液体与含氯甲烷废气的进料质量比为2:1，第一闪蒸罐(S1)的闪蒸温度为40℃，操作压力为1atm，第二闪蒸罐(S2)的闪蒸温度为50℃，操作压力为0.01atm，气体吸收塔(T1)顶部净化后的气体中氯甲烷含量低于295ppm，氯甲烷的回收率为99.55％且第二闪蒸罐(S2)顶部的气体中不含有二甲醚。循环的离子液体纯度为99.99％(质量分数)。
实施例6：
采用含水混合离子液体与(以[EMIM][Ac]45％+[EMIM][BF4]45％+水10％为例)
含氯甲烷废气的进料流量为100kg/h，进料中含氯甲烷8％(质量分数)、水1％(质量分数)、0.1％的二甲醚(质量分数)，余量为氮气。气体吸收塔(T1)的理论板数为10块，含氯甲烷废气的进料位置为第10块，含水混合离子液体与(以[EMIM][Ac]45％+[EMIM][BF4]45％+水10％为例)从气体吸收塔(T1)的第1块板位置进料，气体吸收塔(T1)操作压力和温度分别为2.8atm和30℃，吸收过程中离子液体与含氯甲烷废气的进料质量比为2:1，第一闪蒸罐(S1)的闪蒸温度为50℃，操作压力为1atm，第二闪蒸罐(S2)的闪蒸温度为50℃，操作压力为0.01atm，气体吸收塔(T1)顶部净化后的气体中氯甲烷含量低于260ppm，氯甲烷的回收率为99.8％且第二闪蒸罐(S2)顶部的气体中不含有二甲醚。循环的离子液体纯度为99.99％(质量分数)。
从上述数据可以看出，利用本实用新型分离后的产品纯度高，回收率高，大大提高了含氯甲烷废气的资源化利用率，得到的高纯度氯甲烷产品可以用于下游生产。
Claims (1)
1.一种离子液体低温变压吸收废气中氯甲烷的装置，其特征在于，该装置主要包含以下部分：
气体吸收塔(T1)、第一闪蒸罐(S1)、第二闪蒸罐(S2)、换热器(H1)、输送泵(P1)；
其中含氯甲烷废气(G-CH3Cl)与气体吸收塔(T1)下部连接进入气体吸收塔(T1)，离子液体吸收剂(A1)与气体吸收塔(T1)上部连接从上部进入，气体吸收塔(T1)底部与第一闪蒸罐(S1)的中部连接，第一闪蒸罐(S1)顶部设有排空管，用于排空含微量氯甲烷的气体(Gas1)，第一闪蒸罐(S1)底部与第二闪蒸罐(S2)中部连接，使得富氯甲烷气体的吸收剂从第一闪蒸罐(S1)底部进入第二闪蒸罐(S2)中部，第二闪蒸罐(S2)顶部采出产品氯甲烷气体，吸收剂在第二闪蒸罐(S2)底部采出依次经由经换热器(H1)、输送泵(P1)与气体吸收塔(T1)上部连接，使得吸收剂在第二闪蒸罐(S2)底部采出经换热器(H1)换热后，再由输送泵(P1)输送回气体吸收塔(T1)进行循环利用。
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