专利名称：一种基于离子液体的含氨气体中氨的回收方法
技术领域：
本发明涉及一种基于离子液体的含氨气体中氨的回收方法，属于废气处理与回收领域。具体地说，涉及到使用离子液体从含氨气体中回收氨一种新工艺。
背景技术：
氨是典型恶臭有毒有害工业气态污染物之一，其主要来源于合成氨生产的驰放气和尿素造粒塔的高空排放尾气，其它来源有焦炉煤气、氨冷冻罐排气、硝酸装置尾气以及工业生产中设备的跑、冒、滴、漏等，其中80%以上的氨废气来自于合成氨驰放气。大量含氨工业尾气直接排入大气，不仅造成合成氨产品的损失，而且恶化了人们的生存环境。氨在大气中被氧化生成NOx，形成酸雨，并进而氧化成硝酸盐，进入水循环系统，污染地下水。农业和化工行业的发展对氨气、尿素、磷酸铵、硝酸铵等需求量的增加，促使我国合成氨工业快速发展，年生产量持续上升，含氨气体的排放量也进一步增加。因此在工业生产中，无论从环保角度还是经济角度，都需要对含氨气体中的氨进行回收。过去采用盐水洗涤吸收工艺回收其中的氨，由于该技术的局限性，氨回收率一直很低，含氨气体中近一半的氨在洗涤尾气中被烧掉，浪费了大量资源，同时产生的氨水因浓度太稀而无法处理，又直接造成了外排污水氨氮超标和环境污染的严重问题。很多公司曾尝试将稀氨水中的氨蒸出回收，但该种方法能耗大，成本高。离子液体作为一种新型“绿色溶剂”，具有传统溶剂不可比拟的特性，离子液体具有极低的挥发性、不会造成气相污染、低损耗、解吸能耗低、对气体具有溶解选择性、稳定性好、性质可调等优。在2005年，Johan Jacquemin等人测定了二氧化碳、甲烷、乙烷、氢气、 氮气、氩气等气体在离子液体[C4MIM] [BF4]的溶解度，Guihua Li等人测定了氨在离子液体 [C4MIM] [BF4]的溶解度，根据不同气体在离子液体中溶解度的不同将氨和其他气体分开，离子液体在过程中循环使用且无质量损失。离子液体用于含氨气体氨回收工艺，可以克服水吸收污染大、能耗高的缺点。目前尝试用离子液体来回收含氨气体中氨的相关工艺尚无文献报道。综上所述，离子液体吸收含氨气体中氨的工艺如何在工业上实现，以及具体的工艺操作条件如何，目前还没有定论。因此，本发明以离子液体作为吸收剂，开发了一种含氨气体中氨回收的新工艺，对提高现有含氨气体中氨的回收率、降低回收能耗、保护环境都具有十分重要的意义。
发明内容
本发明为了解决现有水吸收氨回收率低、氨水浓度太稀无法处理，又直接造成了外排污水氨氮超标和环境污染等严重问题，提出来一种基于离子液体回收含氨气体中的氨的新工艺，可以解决水吸收污染严重、成本高等问题。本发明提出的离子液体回收含氨气体中的氨的工艺包括吸收、解吸和溶剂循环三部分。
具体技术方案如下，包括三个步骤(1)吸收含氨气体从塔底进料，与来自塔顶的离子液体逆流接触，实现含氨气体中氨的吸收；净化气由塔顶出料，含氨的离子液体由塔底出料去往解吸工段。分析净化气的氨含量，若不能达到指定的氨含量，则可以采取双塔或者多塔吸收，直到满足净化气中氨含量的要求，净化气去往下一个工段，富含氨的离子液体去往解吸工段。(2)解吸富含氨的离子液体首先进入单级或多级高压闪蒸设备进行闪蒸，然后去往单级或者多级常压、减压闪蒸设备进行闪蒸，通过第一步闪蒸解吸出离子液体中的大部分不凝气，再通过第二步闪蒸回收吸收剂中的氨，经过两步解吸离子液体中的氨含量小于 lOOOppm。(3)溶剂循环经过解吸后的贫液由泵压缩达到离子液体进入吸收塔的压力，接着通过冷却器进行冷却，达到离子液体进料温度，离子液体进入吸收塔进行循环吸收，整个过程实现了溶剂的循环。在上述的含氨气体氨吸收溶剂中，离子液体的质量百分浓度应大于90%。所述含氨气体可以包括氨、氢气、氮气、氩气、甲烷等气体成分，其中氨的摩尔百分含量范围为 30%。所述步骤(1)中吸收装置可采取单塔操作、双塔操作或多塔操作；吸收溶剂自上段进入吸收塔，含氨气体以气态的形式从塔下部进入，二者逆流接触。吸收塔操作压力接近含氨气体的进口压力，进料液气比大于3. 5，操作温度0°C 60°C。所述步骤O)中闪蒸罐体积根据气体处理量来确定，闪蒸罐的材料可以选择钢制压力容器或衬聚四氟乙烯，闪蒸罐的型式为卧式、立式以及风头的型式；解吸工段包括高压、常压、减压多级闪蒸，闪蒸温度20°C 100°C。所述步骤(3)中离子液体被离心泵压缩后压力为吸收装置的操作压力，离子液体换热后的温度为0°c 60°C。本发明的含氨气体中氨回收方法具有以下特点(1)该方法包括离子液体循环利用工段，可实现离子液体99 100%回收率。(2)本发明提供的含氨气体中氨回收的工艺流程，装置结构简单、设备投资小、易于推广。
图1为本发明的含氨气体中氨回收方法的一种方案的流程示意图。
具体实施例方式下面结合附图进一步解释本发明所述方法。图1显示了本发明含氨气体中氨回收的一种实施方案。(1)吸收工段首先，来自合成氨工段的驰放气由塔底进料，循环的吸收溶剂由塔顶进料；二者逆流接触，进行氨的吸收，净化气从塔顶出料去往膜分离工段，富含氨的富液从塔底出料去往解吸工段。(2)解吸工段来自吸收塔T-I的富液进入多级闪蒸设备F-1、在F-I中闪蒸出大部分的不凝气，闪蒸后的贫液进入多级闪蒸罐F-2进一步闪蒸，在F-2中闪蒸出大部分的氨，闪蒸出的氨去往尿素合成工段，解吸后的贫液进入溶剂循环回收工段。(3)溶剂循环段从解吸工段过来的离子液体经过压缩达到离子液体进入吸收塔的压力，接着进行冷却，达到离子液体进料温度，离子液体进入吸收塔进行下一次的吸收， 整个过程实现了溶剂的循环。实施例1采用上述实施方案，合成氨驰放气流量为516. 35kg/h，氨的质量分数为4. 4%，压力为60atm，温度-8°C;离子液体[C4MIM] [BF4]进料流量为2000kg/h，压力59atm，温度30°C ； 吸收塔操作压力59atm 60atm。含氨富液进入二级闪蒸罐闪蒸出不凝气，此闪蒸温度为 600C ；接着进入二级闪蒸罐回收氨，此闪蒸温度为100°C ；解吸后的贫液被压缩到59atm，然后冷却到30°C，进入吸收塔循环吸收。氨的吸收量为22.27^g/h，氨的回收率为97. ； 离子液体的循环回收量1999. 929kg/h，离子液体的回收率99. 99 %，解吸后的离子液体中含氨质量浓度为35ppm。实施例结果见表1，净化气氨含量44ppm。表1原料气和净化气摩尔含量(％ )比较
权利要求
1.一种基于离子液体的含氨气体中氨的回收方法，采用基于离子液体的吸收剂将含氨气体中低浓度的氨吸收下来，然后通过变温、变压解吸得到较高纯度的氨，解吸后的吸收溶剂返回到吸收装置循环使用。
2.根据权利要求1的方法，其特征在于，吸收溶剂可以是纯离子液体，也可以是含有其他溶剂如水、聚乙二醇等的复合离子液体溶剂，但离子液体的质量百分比浓度应大于90%。
3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述含氨气体组成中，氨的摩尔百分含量为 30%。
4.根据权利要求1的方法，其特征在于，吸收装置采取单塔操作、双塔操作或多塔操作；吸收剂自上段进入吸收塔，含氨气体以气态的形式由塔下部进入，二者逆流接触。
5.根据权利要求1或4所述的方法，其特征在于，吸收塔进料液气比大于3.5，操作温度 0°C 60°C。
6.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，富氨吸收剂首先通过单级或多级闪蒸解吸出大部分的不凝气，然后通过进一步闪蒸回收吸收剂中的氨。
7.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，解吸后的溶剂中含氨质量浓度小于 IOOOppm,经加压降温后返回吸收装置。
全文摘要
本发明涉及一种基于离子液体的含氨气体中氨的回收方法，可以突破现有含氨气体水吸收回收方法存在溶剂易挥发、能耗高、容量小、废水排放等问题。采用吸收装置，以离子液体或者复合溶剂为吸收剂，实现含氨气体中的氨回收，含氨的富液首先通过单级或多级闪蒸解吸出大部分的不凝气，然后进一步闪蒸回收吸收剂中的氨，解吸后的离子液体吸收剂加压降温后进入吸收装置循环吸收含氨气体中的氨，本发明氨的回收率达95％以上，该工艺具有对环境友好、能耗低、设备简单、操作方便等特点。
文档编号B01D53/14GK102179133SQ20111008614
公开日2011年9月14日 申请日期2011年4月7日 优先权日2011年4月7日
发明者任保增, 周清, 姚月华, 张锁江, 张香平, 王蕾, 田肖, 聂毅, 董海峰, 陈晏杰 申请人:中国科学院过程工程研究所