一种离子液体用于脱除气体中甲醇、甲缩醛的方法与流程

本发明涉及一种离子液体用于脱除气体中甲醇、甲缩醛的方法。属于分离纯化技术领域。

背景技术：

聚甲醛二甲醚是一种新型柴油添加剂，不仅能显著改善柴油的燃烧特性，显著减少nox和co等有害气体的排放，而且能够增加柴油的润滑性，被认为是极具应用前景的环保型柴油添加剂。在工业生产中，以甲醛、甲缩醛为原料合成聚甲醛二甲醚是一种经典的合成方法。甲醛浓度过高会导致甲醛聚合，可能堵塞管道和设备，造成不必要的损失。适宜的条件下，向产品液中通入氢气，可以将甲醛还原为甲醇，避免堵塞管道和设备。反应后的氢气中夹带有大量的甲醇、甲缩醛等可凝性组分。夹带大量可凝性组分的氢气经过气体压缩机时，可凝性组分液化，会损害压缩机。并且氢气需要循环利用、具有工业应用价值的甲醇、甲缩醛需要回收。综上所述，一种装置简单，能耗较低，生产能力高，产品中杂质甲醇、甲缩醛的含量低的高效节能装置是有必要的。因此，脱除气体中的甲醇、甲缩醛很有必要，脱除方法一般有吸附法，吸收法，膜分离法等。吸附法，采用分子筛脱除气体中的甲醇、甲缩醛。不足之处在于若进行工业化规模生产，则大量的分子筛需要高温干燥再生，需要消耗大量的人力、物力，不利于工业化生产。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，对甲醇、甲缩醛溶解度高等优点，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甲醇、甲缩醛。

技术实现要素：

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甲醇、甲缩醛的方法，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2500ppm。

本发明提出了一种以离子液体为吸收剂脱除气体中甲醇、甲缩醛的方法，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，原料气中甲醇、甲缩醛含量均为0.01％-20％(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甲醇、甲缩醛含量都小于2500ppm；塔底富含甲醇、甲缩醛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甲醇、甲缩醛，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。

本发明所述的原料气为包含氢气、甲醇、甲缩醛的气体。

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。

采用本发明方法能同时除去原料气中的甲醇、甲缩醛，净化气体。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甲醇、甲缩醛时，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为高压下离子液体脱除气体中甲醇、甲缩醛的工艺流程图。其中，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—甲醇、甲缩醛；w—脱除甲醇、甲缩醛的吸收剂。

另外，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甲醇、甲缩醛的效果，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1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甲醇、甲缩醛，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2.5mpa，吸收塔具有10块理论塔板，原料气为含甲醇、甲缩醛摩尔分数分别为4％、13.5％的h2气体，从塔底进料，质量流量为5000kg/h，离子液体1-乙基-3-甲基咪唑四氟硼酸盐([emim]⁺[bf4]^-)为吸收剂从塔顶加入，质量流量为7000kg/h，塔顶产品h2中甲醇、甲缩醛的含量为甲醇6.4ppm、甲缩醛581.7ppm，塔底富含[emim]⁺[bf4]^-的物料进入常温常压的气液分离器，主要脱除离子液体[emim]⁺[bf4]^-中夹带的少量h2，釜残液进入闪蒸罐脱除[emim]⁺[bf4]^-中所吸收的甲醇、甲缩醛，闪蒸罐的操作条件为温度140℃，压力0.05atm，其底部采出的[emim]⁺[bf4]^-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h2中甲醇、甲缩醛的含量为甲醇6.6ppm、甲缩醛783.9ppm。

改变吸收塔理论板数为9，其他条件不变，塔顶产品h2中甲醇、甲缩醛的含量为甲醇6.9ppm、甲缩醛645.6ppm。

改变吸收塔理论板数为10，其他条件不变，塔顶产品h2中甲醇、甲缩醛的含量为甲醇6.4ppm、甲缩醛581.7ppm。

改变吸收塔理论板数为11，其他条件不变，塔顶产品h2中甲醇、甲缩醛的含量为甲醇6.3ppm、甲缩醛645.6ppm。

改变吸收塔理论板数为12，其他条件不变，塔顶产品h2中甲醇、甲缩醛的含量为甲醇6.3ppm、甲缩醛504.6ppm。

改变吸收塔理论板数为13，其他条件不变，塔顶产品h2中甲醇、甲缩醛的含量为甲醇6.3ppm、甲缩醛482.8ppm。

改变吸收塔理论板数为14，其他条件不变，塔顶产品h2中甲醇、甲缩醛的含量为甲醇6.2ppm、甲缩醛468.0ppm。

实施例2

如附图所示的吸收流程。吸收塔的操作条件为温度20℃，压力2.5mpa，吸收塔具有10块理论塔板，原料气为含甲醇、甲缩醛摩尔分数分别为4％、13.5％的h2气体，从塔底进料，质量流量为5000kg/h，离子液体[emim]⁺[bf4]^-为吸收剂从塔顶加入，质量流量为7000kg/h，塔顶产品h2中甲醇、甲缩醛的含量为甲醇6.4ppm、甲缩醛581.7ppm，塔底富含[emim]⁺[bf4]^-的物料进入常温常压的气液分离器，主要脱除离子液体[emim]⁺[bf4]^-中夹带的少量h2，釜残液进入闪蒸罐脱除[emim]⁺[bf4]^-中所吸收的甲醇、甲缩醛，闪蒸罐的操作条件为温度140℃，压力0.05atm，其底部采出的[emim]⁺[bf4]^-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h2中甲醇、甲缩醛的含量为甲醇8.5ppm、甲缩醛2499.8ppm。

改变吸收剂的流量为6000kg/h，其他条件不变，塔顶产品h2中甲醇、甲缩醛的含量为甲醇7.5ppm、甲缩醛1471.8ppm。

改变吸收剂的流量为7000kg/h，其他条件不变，塔顶产品h2中甲醇、甲缩醛的含量为甲醇6.4ppm、甲缩醛581.7ppm。

改变吸收剂的流量为8000kg/h，其他条件不变，塔顶产品h2中甲醇、甲缩醛的含量为甲醇5.5ppm、甲缩醛129.9ppm。

改变吸收剂的流量为9000kg/h，其他条件不变，塔顶产品h2中甲醇、甲缩醛的含量为甲醇5.5ppm、甲缩醛129.9ppm。

实施例3

如附图所示的吸收流程。吸收塔的操作条件为温度20℃，压力2.5mpa，吸收塔具有10块理论塔板，原料气为含甲醇、甲缩醛摩尔分数分别为4％、13.5％的h2气体，从塔底进料，质量流量为5000kg/h，离子液体[emim]⁺[bf4]^-为吸收剂从塔顶加入，质量流量为7000kg/h，塔顶产品h2中甲醇、甲缩醛的含量为甲醇6.4ppm、甲缩醛581.7ppm，塔底富含[emim]⁺[bf4]^-的物料进入常温常压的气液分离器，主要脱除离子液体[emim]⁺[bf4]^-中夹带的少量h2，釜残液进入闪蒸罐脱除[emim]⁺[bf4]^-中所吸收的甲醇、甲缩醛，闪蒸罐的操作条件为温度140℃，压力0.05atm，其底部采出的[emim]+[bf4]-可以循环使用。

改变闪蒸罐操作温度为145℃，其他条件不变，塔顶产品h2中甲醇、甲缩醛的含量为甲醇5.6ppm、甲缩醛577.1ppm。

改变闪蒸罐操作温度为150℃，其他条件不变，塔顶产品h2中甲醇、甲缩醛的含量为甲醇5.0ppm、甲缩醛573.0ppm。

改变闪蒸罐操作温度为155℃，其他条件不变，塔顶产品h2中甲醇、甲缩醛的含量为甲醇4.4ppm、甲缩醛569.4ppm。

改变闪蒸罐操作温度为160℃，其他条件不变，塔顶产品h2中甲醇、甲缩醛的含量为甲醇3.9ppm、甲缩醛566.1ppm。

实施例4

如附图所示的吸收流程。吸收塔的操作条件为温度20℃，压力2.5mpa，吸收塔具有10块理论塔板，原料气为含甲醇、甲缩醛摩尔分数分别为4％、13.5％的h2气体，从塔底进料，质量流量为5000kg/h，离子液体[emim]⁺[bf4]^-为吸收剂从塔顶加入，质量流量为7000kg/h，塔顶产品h2中甲醇、甲缩醛的含量为甲醇6.4ppm、甲缩醛581.7ppm，塔底富含[emim]⁺[bf4]^-的物料进入常温常压的气液分离器，主要脱除离子液体[emim]⁺[bf4]^-中夹带的少量h2，釜残液进入闪蒸罐脱除[emim]⁺[bf4]^-中所吸收的甲醇、甲缩醛，闪蒸罐的操作条件为温度140℃，压力0.05atm，其底部采出的[emim]⁺[bf4]^-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h2中甲醇、甲缩醛的含量为甲醇5.1ppm、甲缩醛571.0ppm。

改变闪蒸罐的操作压力为0.03atm，其他条件不变，塔顶产品h2中甲醇、甲缩醛的含量为甲醇3.8ppm、甲缩醛560.3ppm。

改变闪蒸罐的操作压力为0.02atm，其他条件不变，塔顶产品h2中甲醇、甲缩醛的含量为甲醇2.6ppm、甲缩醛549.6ppm。

实施例5

如附图所示的吸收流程。吸收塔的操作条件为温度20℃，压力2.5mpa，吸收塔具有10块理论塔板，原料气为含甲醇、甲缩醛摩尔分数分别为4％、13.5％的h2气体，从塔底进料，质量流量为5000kg/h，离子液体[emim]⁺[bf4]^-为吸收剂从塔顶加入，质量流量为7000kg/h，塔顶产品h2中甲醇、甲缩醛的含量为甲醇6.4ppm、甲缩醛581.7ppm，塔底富含[emim]⁺[bf4]^-的物料进入常温常压的气液分离器，主要脱除离子液体[emim]⁺[bf4]^-中夹带的少量h2，釜残液进入闪蒸罐脱除[emim]⁺[bf4]^-中所吸收的甲醇、甲缩醛，闪蒸罐的操作条件为温度140℃，压力0.05atm，其底部采出的[emim]⁺[bf4]^-可以循环使用。

将吸收剂改为[emim]⁺[tf2n]^-(1-乙基-3-甲基咪唑双三氟甲磺酰亚胺)，其他条件不变，塔顶产品h2中甲醇、甲缩醛的含量为甲醇12.4ppm、甲缩醛2281.1ppm。