一种离子液体低温吸收合成气中二氧化碳的方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及一种以离子液体为吸收剂低温吸收合成气中CO2的方法，属于气体分离纯化技术领域。
【背景技术】
[0002]二氧化碳作为一种温室气体，对全球气温变暖具有重要的影响，为了降低温室效应给社会和经济带来的负面影响，C02吸收是气体处理工艺中的一个重要部分。而我国C02的工业排放主要来源于两类:一是煤等化石燃料燃烧所产生的烟道气，一类是化学工业中产生的合成气。合成气化工在现代化学工业中占有十分重要的地位，如从合成气出发合成氨、合成烯烃、费托合成与制氢等。根据后续工艺的不同，工业上对合成气的分离与净化要求亦各不相同，有时非常严格(须脱除至20ppm以下)，例如对于合成氨过程，CO2既是氨合成催化剂的毒物，又会导致后续过程产生NH4HCO3或(NH4)2CO3结晶进而造成管道和设备的堵塞。
[0003]离子液体是指由有机阳离子或有机阴离子组成的有机盐，在室温或接近室温下通常呈现液态。离子液体具有良好的热稳定性、难以挥发、易于分离回收、可再生循环使用以及功能可设计性等特性。这些特殊的结构和物性给离子液体的应用带来了广阔的发展空间，尤其是离子液体本身的“非”挥发性和独特的大量溶解CO2的能力，使之在固定转化和利用CO2方面具有极大的应用潜力。
【发明内容】
[0004]本发明的目的是提供一种离子液体用于气体低温吸收的方法，该方法采用离子液体作为吸收剂，低温吸收合成气中的C02，得到合成气中CO2含量小于2000ppm，并且离子液体可以循环利用。
[0005]—种离子液体低温吸收合成气中二氧化碳的方法，其特征在于，含有二氧化碳的原料气从吸收塔底部进料，离子液体作为吸收剂从塔顶加入，吸收塔的操作温度为-45-0°C，压力0.3-10MPa下操作，理论塔板数为11-30;原料气从吸收塔底部进料，塔底富含离子液体的萃余相进入闪蒸罐，脱除离子液体中的二氧化碳，闪蒸罐底部采出的离子液体循环使用。
[0006]含有二氧化碳的原料气中二氧化碳的含量为0.02-0.30(摩尔分数)，溶剂比为2.7-80(溶剂比为进入吸收塔的IL与原料气质量流量之比)。
[0007]闪蒸罐在温度50-200°C，压力Iatm条件下操作。
[0008]从吸收塔底部流出的富含二氧化碳的离子液体优先通过换热器加热，再进入闪蒸罐。
[0009]含有二氧化碳的原料气中CO2摩尔分数含量为0.02-0.30，塔顶得到的合成气中CO2含量小于2000ppm。
[0010]吸收剂可以是一种离子液体或几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根、四氟硼酸根、六氟磷酸根、乙酸根、硫酸二乙酯根等。采用的咪唑类离子液体阳离子为1-辛基-3-甲基咪唑基和1-乙基-3-甲基咪唑基，阴离子为双三氟甲磺酰亚胺根，但不限于上述阳离子和阴离子。
[0011]含有二氧化碳的原料气为含有CO2的混合气体，也可以是纯CO2气体。
[0012]与现有技术相比，离子液体低温吸收二氧化碳能力强，效果好，同时离子液体呈中性，避免了设备的腐蚀，避免了使用传统溶剂吸收气体所带来的高能耗和环境污染等问题，设备简单，投资少，能耗低。
【附图说明】
[0013]附图1为离子液体吸收合成气中CO2工艺流程图。
[0014]其中:BI—吸收塔;B2—闪蒸罐;S—离子液体进料，F—原料气进料;D—塔顶产品；Gl — CO2解吸气;W—回收离子液体。
【具体实施方式】
[0015]本发明用以下实施例说明采用离子液体脱除合成气中二氧化碳的效果，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。
[0016]如图1所示，本发明采用包括吸收塔、溶剂闪蒸罐的吸收工艺。吸收剂从吸收塔塔顶进入，合成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的二氧化碳，高纯度的离子液体从闪蒸罐底部采出，可以循环使用。
[0017]实施例1
[0018]如图1所示的吸收流程。吸收塔的操作条件为温度-10°C，压力3MPa，吸收塔具有17块理论塔板，合成气中CO2含量为0.3(摩尔分数)，从塔底进料，质量流量为100kg/h，以离子液体[EM頂]+ [Tf2N] — (l-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1000kg/h，塔顶得到合成气中CO2含量为20ppm，塔底富含[EMnC + [Tf2N]—的萃余相进入闪蒸罐，闪蒸罐底部采出的[EMIM] + [ Tf 2N]—循环使用。
[0019]改变吸收塔理论板数为18，其他条件不变，塔顶得到合成气中CO2含量为llppm。
[0020]改变吸收塔理论板数为19，其他条件不变，塔顶得到合成气中CO2含量为6ppm。
[0021]实施例2
[0022]如图1所示的吸收流程。吸收塔的操作条件为温度(TC，压力3MPa，吸收塔具有25块理论塔板，合成气中CO2含量为0.3(摩尔分数)，从塔底进料，质量流量为100kg/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1000kg/h，塔顶得到合成气中CO2含量为16ppm，塔底富含[EMIM] + [Tf2N]—的萃余相进入闪蒸罐，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26，其他条件不变，塔顶得到合成气中CO2含量为llppm。
[0024]改变吸收塔理论板数为27，其他条件不变，塔顶得到合成气中CO2含量为7ppm。
[0025]实施例3
[0026]如图1所示的吸收流程。吸收塔的操作条件为温度-45°C，压力3MPa，吸收塔具有12块理论塔板，合成气中CO2含量为0.3(摩尔分数)，从塔底进料，质量流量为100kg/h，以离子液体[0MnC + [Tf2N] —(1-辛基-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2000kg/h，塔顶得到合成气中CO2含量为13ppm，塔底富含[OMnC + [Tf2N]—的萃余相进入闪蒸罐，闪蒸罐底部采出的[0ΜΙΜ] + [ Tf 2N]—循环使用。
[0027]改变吸收塔理论板数为13，其他条件不变，塔顶得到合成气中CO2含量为6ppm。
[0028]改变吸收塔理论板数为14，其他条件不变，塔顶得到合成气中CO2含量为5ppm。
[0029]实施例4
[0030