一种离子液体用于捕捉可凝性气体的方法与流程

本发明采用捕捉的方法，以离子液体(il)为吸收剂吸收混合气体中的可凝性气体如二氧化碳中混有的可凝性气体，属于气体分离纯化技术领域。

背景技术：

可凝性气体的捕捉，如挥发性有机物(volatileorganiccompounds)，即vocs的脱除、气体中水分的吸收等是近年来工业上研究的热点问题。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；co2气体中混有水会腐蚀管道、设备，严重影响管道输送能力。石油化工和煤化工行业中炼油、炼焦等生产过程是可凝性气体的排放源之一，在这些行业中二氧化碳会含有可凝性气体，脱除方法有吸附法，吸收法，膜分离法等。在工业中常采用三甘醇(teg)作为吸收剂脱除气体中的可凝性气体，吸收塔塔顶产品中会夹带少量三甘醇，溶剂回收要采用精馏塔来脱除溶剂中的三甘醇，并且三甘醇会腐蚀设备和压缩机。

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原料气中可凝性气体的方法，并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，同时采用文丘里喷嘴以提高产品气的回收率。

本发明提出了一种以离子液体为吸收剂脱除原料气中可凝性气体的方法，使得产品气的回收率得到提高。

为实现上述目的，本发明采用了如下技术方案：

含有可凝性气体的原料气经过文丘里管进入吸收塔，优选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，原料气中可凝性气体含量为0.01％-5％(质量分数)，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可凝性气体的含量都小于2000ppm；塔底富含可凝性气体的离子液体进入闪蒸罐中解吸离子液体中的可凝性气体，闪蒸罐的操作条件为温度50-200℃，压力0.01-0.9atm，闪蒸罐底部采出的离子液体循环使用，顶部采出的气体冷凝后分别得到待除去的可凝气体的液态物质和产品气体，产品气体再通过文丘里喷嘴与原料气进行再混合。

以离子液体(il)为吸收剂吸收原料气体中的可凝性气体，原料气为：二氧化碳中混有的可凝性气体，如水、甲醇、乙醇、甲苯等。

吸收剂可以是一种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。

本发明采用在原料气的进口处安装文丘里喷嘴，文丘里喷嘴是根据bernoulli射流引力原理，采用合理的几何曲面参数设计而成，具有防止堵塞的喷射孔，能形成大流量的循环。当高速的气体从锥形喷嘴高速喷出，在文丘里喷嘴引导口周围形成低压区域带动其周围的气体进入混合扩散段喷射出来，从而节省各方面的能耗。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，对可凝性气体溶解度高等优点，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，来脱除原料气中的可凝性气体，并在原料气入口处安装一个文丘里喷嘴来提高产品气的回收率，使得产品气体的回收率不低于99.99％，同时使得吸收塔塔顶产品中可凝性气体含量基本与不采用文丘里管相当。

与现有技术相比，当采用该离子液体，且在原料气入口处安装文丘里喷嘴来吸收气体中可凝性气体时，塔顶气体产品纯度高，产品气的回收率得到提高，同时离子液体性质稳定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

图1为本发明使用文丘里管的离子液体用于脱除气体中可凝性气体的工艺流程图。

图2为不使用文丘里管的离子液体用于脱除气体中可凝性气体的工艺流程图。

b1—文丘里喷嘴；b2—吸收塔；b3—闪蒸罐；s—吸收剂进料，f—原料气进料；d—塔顶产品；g1—产品气；g2—可凝性气体；

w—脱除可凝性气体的吸收剂。

吸收剂为一种离子液体或两种离子液体的混合物。另外，若在吸收塔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可凝性气体的效果，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文丘里喷嘴、吸收塔、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闪蒸罐，闪蒸罐闪蒸脱除离子液体中吸收的产品气与可凝性气体，冷凝后的产品气通过文丘里喷嘴与原料气再混合；高纯度的离子液体从闪蒸罐底部采出，并循环使用。

如附图2所示，此工艺流程包括吸收塔、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闪蒸罐，闪蒸罐闪蒸脱除离子液体中吸收的产品气与可凝性气体；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

如图1所示的吸收流程。吸收塔的操作条件为温度20℃，压力0.1mpa，吸收塔具有10块理论塔板，原料气为含水量为0.0819％(质量分数)的co2气体，从塔底进料，质量流量为4000kg/h，离子液体1-乙基-3-甲基咪唑双三氟甲磺酰亚胺([emim]⁺[tf2n]^-)为吸收剂从塔顶加入，质量流量为4000kg/h，塔顶产品co2中水的含量为63ppm，产品气co2的回收率为99.99％，塔底富含[emim]⁺[tf2n]^-的物料进入闪蒸罐脱除[emim]⁺[tf2n]^-中所吸收的水分，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co2中水的含量为71ppm，产品气co2的回收率为99.99％；在相同条件下，图2吸收流程塔顶产品co2中水的含量为65ppm，产品气co2的回收率为99.31％。

改变吸收塔理论板数为9，其他条件不变，塔顶产品co2中水的含量为66ppm，产品气co2的回收率为99.99％；在相同条件下，图2吸收流程塔顶产品co2中水的含量为61ppm，产品气co2的回收率为99.31％。

改变吸收塔理论板数为10，其他条件不变，塔顶产品co2中水的含量为63ppm，产品气co2的回收率为99.99％；在相同条件下，图2吸收流程塔顶产品co2中水的含量为58ppm，产品气co2的回收率为99.31％。

改变吸收塔理论板数为11，其他条件不变，塔顶产品co2中水的含量为60ppm，产品气co2的回收率为99.99％；在相同条件下，图2吸收流程塔顶产品co2中水的含量为56ppm，产品气co2的回收率为99.31％。

改变吸收塔理论板数为12，其他条件不变，塔顶产品co2中水的含量为58ppm，产品气co2的回收率为99.99％；在相同条件下，图2吸收流程塔顶产品co2中水的含量为31ppm，产品气co2的回收率为99.31％。

改变吸收塔理论板数为13，其他条件不变，塔顶产品co2中水的含量为57ppm，产品气co2的回收率为99.99％；在相同条件下，图2吸收流程塔顶产品co2中水的含量为53ppm，产品气co2的回收率为99.31％。

实施例2

如图1所示的吸收流程。吸收塔的操作条件为温度20℃，压力0.1mpa，吸收塔具有10块理论塔板，原料气为含水量为0.0819％(质量分数)的co2气体，从塔底进料，质量流量为4000kg/h，离子液体1-乙基-3-甲基咪唑双三氟甲磺酰亚胺([emim]⁺[tf2n]^-)为吸收剂从塔顶加入，质量流量为4000kg/h，塔顶产品co2中水的含量为63ppm，产品气co2的回收率为99.99％，塔底富含[emim]⁺[tf2n]^-的物料进入闪蒸罐脱除[emim]⁺[tf2n]^-中所吸收的水分，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co2中水的含量为47ppm，产品气co2的回收率为99.99％；在相同条件下，图2吸收流程塔顶产品co2中水的含量为44ppm，产品气co2的回收率为99.14％。

改变吸收剂的流量为6000kg/h，其他条件不变，塔顶产品co2中水的含量为41ppm，产品气co2的回收率为99.99％；在相同条件下，图2吸收流程塔顶产品co2中水的含量为37ppm，产品气co2的回收率为98.97％。

改变吸收剂的流量为7000kg/h，其他条件不变，塔顶产品co2中水的含量为36ppm，产品气co2的回收率为99.99％；在相同条件下，图2吸收流程塔顶产品co2中水的含量为32ppm，产品气co2的回收率为98.80％。

改变吸收剂的流量为8000kg/h，其他条件不变，塔顶产品co2中水的含量为33ppm，产品气co2的回收率为99.99％；在相同条件下，图2吸收流程塔顶产品co2中水的含量为29ppm，产品气co2的回收率为98.62％。

改变吸收剂的流量为9000kg/h，其他条件不变，塔顶产品co2中水的含量为30ppm，产品气co2的回收率为99.99％；在相同条件下，图2吸收流程塔顶产品co2中水的含量为27ppm，产品气co2的回收率为98.45％。

实施例3

如图1所示的吸收流程。吸收塔的操作条件为温度20℃，压力0.1mpa，吸收塔具有10块理论塔板，原料气为含水量为0.0123％(质量分数)的co2气体，从塔底进料，质量流量为4000kg/h，离子液体1-乙基-3-甲基咪唑双三氟甲磺酰亚胺([emim]+[tf2n]-)为吸收剂从塔顶加入，质量流量为4000kg/h，塔顶产品co2中水的含量为20ppm，产品气co2的回收率为99.99％，塔底富含[emim]+[tf2n]-的物料进入闪蒸罐脱除[emim]+[tf2n]-中所吸收的水分，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；在相同条件下，图2吸收流程塔顶产品co2中水的含量为15ppm，产品气co2的回收率为99.30％。

实施例4

如图1所示的吸收流程。吸收塔的操作条件为温度20℃，压力0.1mpa，吸收塔具有10块理论塔板，原料气为含甲苯量为0.625％(质量分数)的co2气体，从塔底进料，质量流量为4000kg/h，离子液体1-乙基-3-甲基咪唑双三氟甲磺酰亚胺([emim]⁺[tf2n]^-)为吸收剂从塔顶加入，质量流量为6000kg/h，塔顶产品co2中甲苯的含量为377ppm，产品气co2的回收率为99.99％，塔底富含[emim]⁺[tf2n]^-的物料进入闪蒸罐脱除[emim]⁺[tf2n]^-中所吸收的水分，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co2中水的含量为405ppm，产品气co2的回收率为99.99％；在相同条件下，图2吸收流程塔顶产品co2中水的含量为387ppm，产品气co2的回收率为99.02％。

改变吸收塔理论板数为9，其他条件不变，塔顶产品co2中水的含量为387ppm，产品气co2的回收率为99.99％；在相同条件下，图2吸收流程塔顶产品co2中水的含量为359ppm，产品气co2的回收率为99.02％。

改变吸收塔理论板数为10，其他条件不变，塔顶产品co2中水的含量为377ppm，产品气co2的回收率为99.99％；在相同条件下，图2吸收流程塔顶产品co2中水的含量为346ppm，产品气co2的回收率为99.02％。

改变吸收塔理论板数为11，其他条件不变，塔顶产品co2中水的含量为370ppm，产品气co2的回收率为99.99％；在相同条件下，图2吸收流程塔顶产品co2中水的含量为344ppm，产品气co2的回收率为99.02％。

改变吸收塔理论板数为12，其他条件不变，塔顶产品co2中水的含量为366ppm，产品气co2的回收率为99.99％；在相同条件下，图2吸收流程塔顶产品co2中水的含量为341ppm，产品气co2的回收率为99.02％。

改变吸收塔理论板数为13，其他条件不变，塔顶产品co2中水的含量为364ppm，产品气co2的回收率为99.99％；在相同条件下，图2吸收流程塔顶产品co2中水的含量为339ppm，产品气co2的回收率为99.02％。

实施例5

如图1所示的吸收流程。吸收塔的操作条件为温度20℃，压力0.1mpa，吸收塔具有10块理论塔板，原料气为含甲苯量为0.625％(质量分数)的co2气体，从塔底进料，质量流量为4000kg/h，离子液体1-乙基-3-甲基咪唑双三氟甲磺酰亚胺([emim]+[tf2n]-)为吸收剂从塔顶加入，质量流量为6000kg/h，塔顶产品co2中甲苯的含量为377ppm，产品气co2的回收率为99.99％，塔底富含[emim]+[tf2n]-的物料进入闪蒸罐脱除[emim]+[tf2n]-中所吸收的水分，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7000kg/h，其他条件不变，塔顶产品co2中水的含量为241ppm，产品气co2的回收率为99.99％；在相同条件下，图2吸收流程塔顶产品co2中水的含量为304ppm，产品气co2的回收率为98.86％。

改变吸收剂的流量为8000kg/h，其他条件不变，塔顶产品co2中水的含量为300ppm，产品气co2的回收率为99.99％；在相同条件下，图2吸收流程塔顶产品co2中水的含量为273ppm，产品气co2的回收率为98.70％。

改变吸收剂的流量为9000kg/h，其他条件不变，塔顶产品co2中水的含量为276ppm，产品气co2的回收率为99.99％；在相同条件下，图2吸收流程塔顶产品co2中水的含量为248ppm，产品气co2的回收率为98.54％。

改变吸收剂的流量为10000kg/h，其他条件不变，塔顶产品co2中水的含量为256ppm，产品气co2的回收率为99.99％；在相同条件下，图2吸收流程塔顶产品co2中水的含量为228ppm，产品气co2的回收率为98.38％。

改变吸收剂的流量为11000kg/h，其他条件不变，塔顶产品co2中水的含量为241ppm，产品气co2的回收率为99.99％；在相同条件下，图2吸收流程塔顶产品co2中水的含量为210ppm，产品气co2的回收率为98.22％。

实施例6

如图1所示的吸收流程。吸收塔的操作条件为温度20℃，压力0.1mpa，吸收塔具有10块理论塔板，原料气为含甲苯量为0.0627％(质量分数)的co2气体，从塔底进料，质量流量为4000kg/h，离子液体1-乙基-3-甲基咪唑双三氟甲磺酰亚胺([emim]+[tf2n]-)为吸收剂从塔顶加入，质量流量为6000kg/h，塔顶产品co2中甲苯的含量为81ppm，产品气co2的回收率为99.99％，塔底富含[emim]+[tf2n]-的物料进入闪蒸罐脱除[emim]+[tf2n]-中所吸收的甲苯，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；在相同条件下，图2吸收流程塔顶产品co2中甲苯的含量为56ppm，产品气co2的回收率为99.03％。