一种离子液体用于脱除气体中水和挥发性有机物的方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及一种离子液体溶剂用吸收的方法同时脱除气体混合物中的水分和挥发性有机物VOCs(甲苯、苯、甲醇、三甘醇等)，属于气体干燥净化或吸收技术领域。
【背景技术】
[0002]从地下储气层中开采出来的粗天然气或者页岩气当中，除CH4以外，含有水分和VOCs苯、甲苯、甲醇、三甘醇等。对其输送和应用之前，必须要进行相应的处理净化。常规的脱除流程分为脱除水分和脱除VOCs两步。目前，脱除气体中水分通常可以用低温分离法、溶剂吸收法、固体吸附法、膜分离法。其中溶剂吸收法通常采用三甘醇(TEG)作为吸收剂，但是系统复杂，再生能耗大;TEG易损失、易被污染、被氧化生成腐蚀性有机酸。脱除粗天然气中的VOCs苯、甲苯等通常采用低温甲醇洗的方法脱除，存在甲醇有毒性，以及冷源耗能较大等缺点。由于离子液体蒸汽压低，几乎不挥发，液态温度范围宽(-100-200°C)，热稳定性好，不易燃烧，电化学稳定性高，选择性的溶解能力，阴阳离子组合，可设计性，可循环使用等优点。本发明使用离子液体净化粗天然气，可以达到同时脱除水分和VOCs的效果，且流程简单，能耗低，不腐蚀设备。
【发明内容】
[0003]本发明的目的是提供一种离子液体用于脱除气体中水分和挥发性有机物的方法，该方法采用离子液体作为吸收剂，除去气体混合物中的水分以及VOCs，得到气体产品中水分含量小于2000ppm，V0Cs的含量小于2000ppm，并且离子液体通过闪蒸可以循环利用。
[0004]离子液体用于脱除气体中水分和挥发性有机物。
[0005]本发明提出一种离子液体用于脱除气体中水分和挥发性有机物的方法，其特征在于，吸收剂为离子液体，吸收塔的操作条件为温度0-100°C、压力0.1-1OMPa(—般0.1-0.6为常压，0.6-10为高压，0.6属于高压范围)、理论塔板数为5-20;原料气从吸收塔底部进料，单一离子液体或两种离子液体的混合物作为吸收剂从塔顶加入，原料气中水含量为0.01%-5 % (摩尔分数，下同)，VOCs的含量为0.0I % -5 % (摩尔分数，下同)，溶剂比为0.1-20(溶剂比为进入吸收塔的离子液体质量流量与原料气质量流量之比)，吸收塔塔底富含离子液体的物流进入气液分离器进行气液分离，气液分离器在常温常压下操作，脱除离子液体中的少量原料气体，气液分离器的釜残液流入闪蒸罐中进行闪蒸脱除离子液体中的水分以及VOCs;或吸收塔塔底富含离子液体的物流进入流入闪蒸罐中进行闪蒸，脱除离子液体中的少量原料气体、水分以及VOCs，闪蒸罐在温度50-200°C，压力0.01-0.9atm条件下操作，闪蒸罐底部采出的离子液体循环使用。
[0006]所述的气体、原料气指的是含甲烷的混合气、碳四气体混合物、二氧化碳混合物或合成气混合物等;在脱除气体中水分的同时脱除在脱除气体中水分的同时脱除甲苯、苯、甲醇、三甘醇、乙醇等中的一种或几种VOCs。
[0007]吸收剂可以是单一离子液体或两种离子液体的混合溶液等，离子液体的类型可以包括:阳离子是咪唑类、吡啶类、季铵盐类等，阴离子是双三氟甲磺酰亚胺、四氟硼酸根、六氟磷酸根、乙酸根、硫酸二乙酯等。
[0008]采用现有的处理技术脱除气体中水分和VOCs时需要分步进行，而采用本发明离子液体及其混合溶剂脱除气体中水分时，同时可以脱除挥发性有机物，并且具有较好的脱水效果，离子液体呈中性可以避免压缩机腐蚀、避免使用传统溶剂吸收气体所带来的高消耗量和环境污染等问题，设备简单，投资少，能耗低。
【附图说明】
[0009]图1为本发明离子液体脱除气体中水分和VOCs的一种工艺流程图。
[0010]
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[0012]另外，在气液分离器和闪蒸罐之间添加换热器为最优选流程，此工艺优选用于高压下离子液体脱除气体中水分和VOCs工艺。
[0013]图2为本发明离子液体脱除气体中水分和VOCs另一种工艺流程图。
[0014]其中，BI—吸收塔;B2—闪蒸罐；S—吸收剂进料;F—原料气进料;D—塔顶产品；Gl—少量原料气;W—脱除杂质的吸收剂；
[0015]另外，在吸收塔和闪蒸罐之间添加换热器为最优选流程，此工艺优选用于常压下离子液体脱除气体中水分和VOCs工艺。
[0016]图3为高压下三甘醇脱除气体中水分和VOCs工艺流程图。
[0017]其中，BI—吸收塔;B2—气液分离器;B3—再生塔;S—吸收剂进料;F—原料气进料;D—塔顶产品;G1—少量原料气;G2—水蒸气及VOCs
[0018]W—脱除杂质的吸收剂，吸收剂为三甘醇。
【具体实施方式】
[0019]本发明用以下实施例说明采用离子液体同时脱除原料气中水分和VOCs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。
[0020]如图1和2所示，本发明采用包括吸收塔、气液分离器(常压)、溶剂闪蒸罐的吸收工艺。若吸收塔在高压下操作，采用图1所示流程;若吸收塔在常压下操作，采用图2所示流程。图1中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的气体，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水分和VOCs，高纯度的离子液体从闪蒸罐底部采取，可以循环使用。图2中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闪蒸罐，闪蒸罐闪蒸脱除离子液体中吸收的水分和VOCs，高纯度的离子液体从闪蒸罐底部采取，可以循环使用。
[0021]实施例1
[0022]如图1所示的吸收流程。吸收塔的操作条件为温度25°C，压力2.5MPa，吸收塔具有1块理论塔板，原料气为含水0.12% (摩尔分数，下同)，含VOCs为0.8% (苯2000ppm，甲苯3000ppm，甲醇3000ppm)的CH4气体，从塔底进料，质量流量为1000kg/h，以离子液体[EMM] +[Tf2N] —(1-乙基-3-甲基咪唑双三氟甲磺酰亚胺)为吸收剂从塔顶加入，质量流量为3000kg/h，塔顶得到CH4产品中水含量为3ppm，VOCs的含量为158ppm(其中苯为130ppm，甲苯为19ppm，甲醇为9ppm)。塔底富含[EMm] + [Tf2N]—的物流进入气液分离器，气液分离器在常温常压下操作，脱除[EMM] + [Tf2N] —中的少量气体，爸残液流入闪蒸罐中脱除[EM頂]+ [Tf2N] —中的水分和VOCs，闪蒸罐在温度140°C，压力0.05atm下操作，闪蒸罐底部采出的[EMIM] +[Tf2N]—循环使用。
[0023]改变吸收塔理论板数为5，其他条件不变，塔顶得到CH4产品中水含量为3ppm，V0Cs的含量为387ppm(其中苯为269ppm，甲苯为83ppm，甲醇为9ppm)。
[0024]改变吸收塔理论板数为12，其他条件不变，塔顶得到OU产品中水含量为3ppm，VOCs的含量为129ppm(其中苯为109ppm，甲苯为16ppm，甲醇为9ppm)。
[0025]改变吸收塔理论板数为14，其他条件不变，塔顶得到CH4产品中水含量为3ppm，VOCs的含量为IlOppm(其中苯为85ppm，甲苯为16ppm，甲醇为9ppm)。
[0026]改变吸收塔理论板数为16，其他条件不变，塔顶得到CH4产品中水含量为3ppm，VOCs的含量为95ppm(其中苯71ppm，甲苯15ppm，甲醇9ppm)。
[0027]改变吸收塔理论板数为18，其他条件不变，塔顶得到CH4产品中水含量为3ppm，VOCs的含量为84ppm(其中苯60ppm，甲苯15ppm，甲醇9ppm)。
[0028]改变吸收塔理论板数为20，其他条件不变，塔顶得到CH4产品中水含量为3ppm，VOCs的含量为75ppm(其中苯51ppm，甲苯15ppm，甲醇9ppm)。
[0029]实施例2
[0030]如图1所示的吸收流程。吸收塔的操作条件为温度25°C，压力2.5MPa，吸收塔具有10块理论塔板，原料气为含水0.12%，含VOCs为0.8% (苯2000ppm，甲苯3000ppm，甲醇3000ppm)的CH4气体，从塔底进料，质量流量为1000kg/h，以离子液体[EMnC + [Tf2N]—为吸收剂从塔顶加入，质量流量为3000kg/h，即溶剂比为3。塔顶得到CH4产品中水含量为3ppm，VOCs的含量为158ppm(苯为130ppm，甲苯为19ppm，甲醇为9ppm)。塔底富含[EMM] + [Tf2N]一的物流进入气液分离器，气液分离器在常温常压下操作，脱除[EMM] + [Tf2N] —中的少量气体，釜残液流入闪蒸罐中脱除[EMm] + [Tf2N] —中的水分，闪蒸罐在温度140°C，压力0.05atm下操作，闪蒸罐底部采出的[EMHC +[Tf2N]—循环使用。
[0031]改变[EMm] + [Tf2N]—吸收剂的流量为5000kg/h，即溶剂比为5。其他条件不变，塔顶得到OU产品中水含量为3ppm，V0Cs的含量为40ppm(苯为16ppm，甲苯为15ppm，甲醇为9ppm) ο
[0032]改变[EM頂]+ [Tf2N]—吸收剂的流量为10000kg/h，即溶剂比为10，其他条件不变，塔顶得到CH4产品中水含量为3ppm，V0Cs的含量为37ppm(苯为14ppm，甲苯为15ppm，甲醇为
8ppm) ο
[0033]改变[EM頂]+ [Tf2N]—吸收剂的流量为15000kg/h，即溶剂比为15。其他条件不变，塔顶得到CH4产品中水含量为3ppm，V0Cs的含量为35ppm(苯为13ppm，甲苯为14ppm，甲醇为
8ppm) ο
[0034]实施例3
[0035]如图1所示的吸收流程。吸收塔的操作条件为温度25°C，压力2.5MPa，吸收塔具有10块理论塔板，原料气为含水0.12%，含VOCs为0.8% (苯2000ppm，甲苯3000ppm，甲醇3000ppm)的CH4气体。从塔底进料，质量流量为1000kg/h，以离子液体[EMnC + [Tf2N]—为吸收剂从塔顶加入，质量流量3000kg/h，塔顶得到CH4产品中水含量为2ppm，VOCs的含量为151ppm(苯为128ppm，甲苯为16ppm，甲醇为7ppm)。塔底富含[EMnC + [Tf2N]—的物流进入气液分离器，气液分离器在常温常压下操作，脱除[EMIM] + [Tf2N] —中的少量气体，釜残液流入闪蒸罐中脱除[EMM] + [Tf2N] —中的水分，闪蒸罐在温度150°C，压力0.05atm下操作，闪蒸罐底部采出的[EMIM] + [Tf2N]—循环使用。
[0036]改变闪蒸罐操作温度为160°C，其他条件不