一种常压高效吸收甲苯废气的离子液体及方法

本发明涉及vocs处理领域，具体涉及一种常压高效吸收甲苯废气的离子液体及方法。

背景技术：

1、甲苯是一种重要的化工原料，沸点低(沸点110.6℃)、易挥发、具有一定毒性。如果废气中甲苯含量过高，就会对人体及环境造成严重危害。目前生态环境部发布的国标gb31570-2015、gb 31572-2015、gb 31571-2015要求石油炼化工业、石油化学工业和合成树脂工业大气污染物中甲苯含量低于15mg/m3。对于含甲苯废气的净化处理，包括活性炭吸附、热分解、冷凝、溶剂吸收等方法，此外，研究者还开发出了生物膜法、臭氧分解法、催化燃烧法和等离子体分解法等新型处理技术。其中，溶剂吸收技术是利用不同气体在选定的吸收剂中的溶解度不同，来进行气体混合物的分离和回收。甲苯吸收技术通过变温、变压等处理方式，将甲苯从气相转移到液相，再通过对吸收液进行解吸处理，回收甲苯，同时实现溶剂再生，循环使用。吸收法适用于浓度较低且气体流量较大的甲苯废气，具有成本低、操作简单、对环境友好及节约资源等优势，是目前处理甲苯废气的一种主流方式。

2、吸收法溶剂主要有有机溶剂和离子液体，其中，离子液体类吸收剂作为一种新型的绿色溶剂，通常是指由可调控的有机阳离子和阴离子组成的有机盐类吸收剂，其具有结构可调控性、较高的热稳定性、极弱的挥发性以及良好的甲苯溶解性和较低再生能量消耗，在甲苯吸收方面具有良好的应用前景，以离子液体作为吸收剂是目前的主流研究方向。cn109364695a公开的一种回收工业废气中甲苯的吸收剂及应用中，是以聚乙二醇二甲醚(nhd)与n-甲基吡咯烷酮(nmp)或环丁砜或邻苯二甲酸二辛酯组成的复合溶剂作为吸收剂，使用吸收剂得到净化气和吸收富液，富液经减压蒸馏再生后可重复使用。该方法对甲苯的吸收效率较低，只有88.1％～93.1％，净化气中的甲苯含量仍然很高，超过了国家排放标准(15mg/m3)且溶剂损失率达到了3.56％，损失的溶剂易造成大气二次污染，同时，冷凝得到的甲苯纯度没有达到工业级标准。cn 107715651a公开的一种用于吸收甲苯的高效低损溶剂和流程，以nmp作为吸收剂，工艺包含一个吸收塔和两个再生塔。吸收塔的下段首先采用溶剂nmp对废气中的甲苯进行吸收脱除，经吸收处理后的尾气会夹带少量的nmp进入吸收塔的上段，再采用水作溶剂对该部分nmp进行吸收。吸收富液分别进再生塔①和再生塔②进行溶剂的再生。该方案的吸收塔上下两段吸收率仅为98.5％，两个再生塔再生的吸收剂nmp质量分率较低，仅为99.7％和99.8％，其会影响吸收塔的吸收性能，造成净化气中甲苯含量的升高。同时，该方案解吸所得到的甲苯纯度未达到工业级标准。

3、鉴于上述不足，一种在常压条件下即可实现甲苯废气高效吸收的离子液体吸收剂以及处理方法是目前行业内急需的。

技术实现思路

1、基于有机溶剂的甲苯吸收过程的高能耗高物耗和空气二次污染问题是限制吸收技术绿色发展的主要瓶颈。离子液体的非挥发性和高效吸收性能对于解决该问题有着重要的价值。然而，现有离子液体吸收工艺的吸收压力高，再生的离子液体中甲苯含量偏高，使得离子液体用量偏大，且离子液体再生过程温度和能耗偏高，需消耗大量的过热蒸汽。本发明旨在提供一种能在常压吸收条件下高效处理甲苯废气的离子液体吸收剂和工艺方法，使得尾气达到国家允许的排放标准，同时，该工艺还要求对甲苯进行纯化，以达到99.5％工业级产品，对资源进行高效回收。

2、本发明提供了一种常压高效吸收甲苯废气的离子液体及方法，该方法是采用离子液体[bmim][pf6]、[bmim][bf4]、[bmim][ntf2]中的一种作为甲苯吸收剂，经过甲苯吸收塔，将废气中的甲苯分离出来，溶解在离子液体中，得到达到国家排放标准15mg/m3的净化气和含有高浓度甲苯的离子液体吸收液。随后，含有高浓度甲苯的离子液体吸收液经过甲苯解吸塔进行解吸，得到甲苯粗产品和含有少量甲苯的离子液体，其中，甲苯粗产品经过加压冷凝闪蒸工艺得到质量分数为99.5％的甲苯产品。含有少量甲苯的离子液体进入甲苯吹脱塔顶部，分流器分流得到的吹脱气从吹脱塔底部进入，对离子液体中少量甲苯进行吹脱，离子液体中甲苯的含量可从0.9％～1.5％降低至0.0004％以下，吹脱塔塔顶废气回流，与甲苯废气混合后进入吸收塔重新进行吸收。

3、具体的，本发明是通过如下技术手段实现的：

4、本发明首先公开了一种常压高效吸收甲苯废气的离子液体，包括：

5、[bmim][pf6]、[bmim][bf4]、[bmim][ntf2]中任意一种作为甲苯吸收剂。

6、本发明还公开了一种采用上述离子液体常压吸收甲苯的方法，包括：

7、(1)甲苯废气自塔底进入甲苯吸收塔，在吸收塔内自下而上流动，同时，离子液体从吸收塔的塔顶进料口进料，在吸收塔内自上而下与废气在吸收塔内逆流接触，甲苯废气经过离子液体吸收后，塔顶净化气中甲苯含量≤15mg/m3，达标排放。含有高浓度甲苯的离子液体吸收液从吸收塔塔底流出。其中，甲苯吸收塔的理论塔板数为10～30块板，操作压力为1bar，进料温度为35℃。

8、(2)步骤(1)得到的离子液体吸收液经换热器加热后进入甲苯解吸塔进行闪蒸分离，甲苯粗产品从解吸塔顶部采出，初次再生的离子液体从解吸塔底部流出。其中，换热器温度为120～169℃，甲苯解吸塔的操作压力为0.1～0.5bar。

9、(3)步骤(2)得到的甲苯粗产品先通过压缩机加压，再通过换热器冷凝至35℃，然后进入闪蒸罐进行闪蒸提纯。闪蒸罐底部得到纯度为99.5％的甲苯产品，其余不凝气则从闪蒸罐顶部回流，与甲苯废气混合后进入甲苯吸收塔重新进行吸收。其中，压缩机的出口压力为1～9bar。

10、(4)步骤(2)中初次再生的离子液体通过甲苯吹脱塔进行二次提纯，使得离子液体中的甲苯含量从0.9％～1.5％降低至0.0004％以下。初次再生的离子液体先通过离心泵加压至1bar，再从塔顶进料口进入甲苯吹脱塔，自上而下流动。步骤(1)中塔顶排放的净化气经过分流器分流得到吹脱气，吹脱气自吹脱塔塔底进入，自下而上与离子液体在吹脱塔中逆流接触，吹脱塔塔顶所得的甲苯废气回流，与甲苯废气混合后进入甲苯吸收塔重新进行吸收，二次提纯的离子液体则回流至吸收塔离子液体进料口处，循环使用。其中，甲苯吹脱塔的理论塔板数为3～10块板，操作压力为1bar，进料温度为120～169℃。

11、本发明的有益效果在于：

12、1.本发明使用甲苯吹脱塔对甲苯解吸塔回收的离子液体进行二次提纯，使得离子液体中甲苯的含量从0.9％～1.5％降低至0.0004％以下，流程热负荷可降低约70％～90％。

13、2.本发明优化了甲苯吸收塔和甲苯吹脱塔压力，其均为1bar时，整个工艺的能量成本和年度总成本最低。

14、3.本发明采用离子液体[bmim][pf6]、[bmim][bf4]、[bmim][ntf2]中的一种作为甲苯吸收剂，该吸收剂对甲苯的吸收效率高，吸收剂不挥发、无损耗，不会给大气带来二次污染。

15、4.本发明采用的离子液体再生工艺的解吸温度为120～169℃，其可通过低压蒸汽加热。传统离子液体吸收工艺的解吸温度为310℃，需要消耗过热蒸汽。本发明的解吸温度较传统工艺的解吸温度下降了45％以上。

16、5.本发明对解吸得到的甲苯粗产品经过加压冷凝闪蒸工艺提纯，使得其达到工业级标准，实现了甲苯废气资源化回收。