一種離子液體用于脫除氣體中水和揮發(fā)性有機(jī)物的方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種離子液體溶劑用吸收的方法同時(shí)脫除氣體混合物中的水分和揮發(fā)性有機(jī)物VOCs(甲苯、苯、甲醇、三甘醇等)，屬于氣體干燥凈化或吸收技術(shù)領(lǐng)域。
【背景技術(shù)】
[0002]從地下儲氣層中開采出來的粗天然氣或者頁巖氣當(dāng)中，除CH4以外，含有水分和VOCs苯、甲苯、甲醇、三甘醇等。對其輸送和應(yīng)用之前，必須要進(jìn)行相應(yīng)的處理凈化。常規(guī)的脫除流程分為脫除水分和脫除VOCs兩步。目前，脫除氣體中水分通?？梢杂玫蜏胤蛛x法、溶劑吸收法、固體吸附法、膜分離法。其中溶劑吸收法通常采用三甘醇(TEG)作為吸收劑，但是系統(tǒng)復(fù)雜，再生能耗大;TEG易損失、易被污染、被氧化生成腐蝕性有機(jī)酸。脫除粗天然氣中的VOCs苯、甲苯等通常采用低溫甲醇洗的方法脫除，存在甲醇有毒性，以及冷源耗能較大等缺點(diǎn)。由于離子液體蒸汽壓低，幾乎不揮發(fā)，液態(tài)溫度范圍寬(-100-200°C)，熱穩(wěn)定性好，不易燃燒，電化學(xué)穩(wěn)定性高，選擇性的溶解能力，陰陽離子組合，可設(shè)計(jì)性，可循環(huán)使用等優(yōu)點(diǎn)。本發(fā)明使用離子液體凈化粗天然氣，可以達(dá)到同時(shí)脫除水分和VOCs的效果，且流程簡單，能耗低，不腐蝕設(shè)備。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0003]本發(fā)明的目的是提供一種離子液體用于脫除氣體中水分和揮發(fā)性有機(jī)物的方法，該方法采用離子液體作為吸收劑，除去氣體混合物中的水分以及VOCs，得到氣體產(chǎn)品中水分含量小于2000ppm，V0Cs的含量小于2000ppm，并且離子液體通過閃蒸可以循環(huán)利用。
[0004]離子液體用于脫除氣體中水分和揮發(fā)性有機(jī)物。
[0005]本發(fā)明提出一種離子液體用于脫除氣體中水分和揮發(fā)性有機(jī)物的方法，其特征在于，吸收劑為離子液體，吸收塔的操作條件為溫度0-100°C、壓力0.1-1OMPa(—般0.1-0.6為常壓，0.6-10為高壓，0.6屬于高壓范圍)、理論塔板數(shù)為5-20;原料氣從吸收塔底部進(jìn)料，單一離子液體或兩種離子液體的混合物作為吸收劑從塔頂加入，原料氣中水含量為0.01%-5 % (摩爾分?jǐn)?shù)，下同)，VOCs的含量為0.0I % -5 % (摩爾分?jǐn)?shù)，下同)，溶劑比為0.1-20(溶劑比為進(jìn)入吸收塔的離子液體質(zhì)量流量與原料氣質(zhì)量流量之比)，吸收塔塔底富含離子液體的物流進(jìn)入氣液分離器進(jìn)行氣液分離，氣液分離器在常溫常壓下操作，脫除離子液體中的少量原料氣體，氣液分離器的釜?dú)堃毫魅腴W蒸罐中進(jìn)行閃蒸脫除離子液體中的水分以及VOCs;或吸收塔塔底富含離子液體的物流進(jìn)入流入閃蒸罐中進(jìn)行閃蒸，脫除離子液體中的少量原料氣體、水分以及VOCs，閃蒸罐在溫度50-200°C，壓力0.01-0.9atm條件下操作，閃蒸罐底部采出的離子液體循環(huán)使用。
[0006]所述的氣體、原料氣指的是含甲烷的混合氣、碳四氣體混合物、二氧化碳混合物或合成氣混合物等;在脫除氣體中水分的同時(shí)脫除在脫除氣體中水分的同時(shí)脫除甲苯、苯、甲醇、三甘醇、乙醇等中的一種或幾種VOCs。
[0007]吸收劑可以是單一離子液體或兩種離子液體的混合溶液等，離子液體的類型可以包括:陽離子是咪唑類、吡啶類、季銨鹽類等，陰離子是雙三氟甲磺酰亞胺、四氟硼酸根、六氟磷酸根、乙酸根、硫酸二乙酯等。
[0008]采用現(xiàn)有的處理技術(shù)脫除氣體中水分和VOCs時(shí)需要分步進(jìn)行，而采用本發(fā)明離子液體及其混合溶劑脫除氣體中水分時(shí)，同時(shí)可以脫除揮發(fā)性有機(jī)物，并且具有較好的脫水效果，離子液體呈中性可以避免壓縮機(jī)腐蝕、避免使用傳統(tǒng)溶劑吸收氣體所帶來的高消耗量和環(huán)境污染等問題，設(shè)備簡單，投資少，能耗低。
【附圖說明】
[0009]圖1為本發(fā)明離子液體脫除氣體中水分和VOCs的一種工藝流程圖。
[0010]
[0011]
[0012]另外，在氣液分離器和閃蒸罐之間添加換熱器為最優(yōu)選流程，此工藝優(yōu)選用于高壓下離子液體脫除氣體中水分和VOCs工藝。
[0013]圖2為本發(fā)明離子液體脫除氣體中水分和VOCs另一種工藝流程圖。
[0014]其中，BI—吸收塔;B2—閃蒸罐；S—吸收劑進(jìn)料;F—原料氣進(jìn)料;D—塔頂產(chǎn)品；Gl—少量原料氣;W—脫除雜質(zhì)的吸收劑；
[0015]另外，在吸收塔和閃蒸罐之間添加換熱器為最優(yōu)選流程，此工藝優(yōu)選用于常壓下離子液體脫除氣體中水分和VOCs工藝。
[0016]圖3為高壓下三甘醇脫除氣體中水分和VOCs工藝流程圖。
[0017]其中，BI—吸收塔;B2—?dú)庖悍蛛x器;B3—再生塔;S—吸收劑進(jìn)料;F—原料氣進(jìn)料;D—塔頂產(chǎn)品;G1—少量原料氣;G2—水蒸氣及VOCs
[0018]W—脫除雜質(zhì)的吸收劑，吸收劑為三甘醇。
【具體實(shí)施方式】
[0019]本發(fā)明用以下實(shí)施例說明采用離子液體同時(shí)脫除原料氣中水分和VOCs的效果，但本發(fā)明并不限于下述實(shí)施例，在不脫離前后所述宗旨的范圍下，變化實(shí)施例都包含在本發(fā)明的技術(shù)范圍內(nèi)。
[0020]如圖1和2所示，本發(fā)明采用包括吸收塔、氣液分離器(常壓)、溶劑閃蒸罐的吸收工藝。若吸收塔在高壓下操作，采用圖1所示流程;若吸收塔在常壓下操作，采用圖2所示流程。圖1中吸收劑從吸收塔塔頂進(jìn)入，原料氣從吸收塔塔底進(jìn)入。從吸收塔塔底采出的物流進(jìn)入氣液分離器脫除離子液體中的氣體，從氣液分離器底部采出的物流進(jìn)入閃蒸罐，閃蒸罐閃蒸脫除離子液體中吸收的水分和VOCs，高純度的離子液體從閃蒸罐底部采取，可以循環(huán)使用。圖2中吸收劑從吸收塔塔頂進(jìn)入，原料氣從吸收塔塔底進(jìn)入。從吸收塔塔底采出的物流進(jìn)入閃蒸罐，閃蒸罐閃蒸脫除離子液體中吸收的水分和VOCs，高純度的離子液體從閃蒸罐底部采取，可以循環(huán)使用。
[0021]實(shí)施例1
[0022]如圖1所示的吸收流程。吸收塔的操作條件為溫度25°C，壓力2.5MPa，吸收塔具有1塊理論塔板，原料氣為含水0.12% (摩爾分?jǐn)?shù)，下同)，含VOCs為0.8% (苯2000ppm，甲苯3000ppm，甲醇3000ppm)的CH4氣體，從塔底進(jìn)料，質(zhì)量流量為1000kg/h，以離子液體[EMM] +[Tf2N] —(1-乙基-3-甲基咪唑雙三氟甲磺酰亞胺)為吸收劑從塔頂加入，質(zhì)量流量為3000kg/h，塔頂?shù)玫紺H4產(chǎn)品中水含量為3ppm，VOCs的含量為158ppm(其中苯為130ppm，甲苯為19ppm，甲醇為9ppm)。塔底富含[EMm] + [Tf2N]—的物流進(jìn)入氣液分離器，氣液分離器在常溫常壓下操作，脫除[EMM] + [Tf2N] —中的少量氣體，爸殘液流入閃蒸罐中脫除[EM頂]+ [Tf2N] —中的水分和VOCs，閃蒸罐在溫度140°C，壓力0.05atm下操作，閃蒸罐底部采出的[EMIM] +[Tf2N]—循環(huán)使用。
[0023]改變吸收塔理論板數(shù)為5，其他條件不變，塔頂?shù)玫紺H4產(chǎn)品中水含量為3ppm，V0Cs的含量為387ppm(其中苯為269ppm，甲苯為83ppm，甲醇為9ppm)。
[0024]改變吸收塔理論板數(shù)為12，其他條件不變，塔頂?shù)玫絆U產(chǎn)品中水含量為3ppm，VOCs的含量為129ppm(其中苯為109ppm，甲苯為16ppm，甲醇為9ppm)。
[0025]改變吸收塔理論板數(shù)為14，其他條件不變，塔頂?shù)玫紺H4產(chǎn)品中水含量為3ppm，VOCs的含量為IlOppm(其中苯為85ppm，甲苯為16ppm，甲醇為9ppm)。
[0026]改變吸收塔理論板數(shù)為16，其他條件不變，塔頂?shù)玫紺H4產(chǎn)品中水含量為3ppm，VOCs的含量為95ppm(其中苯71ppm，甲苯15ppm，甲醇9ppm)。
[0027]改變吸收塔理論板數(shù)為18，其他條件不變，塔頂?shù)玫紺H4產(chǎn)品中水含量為3ppm，VOCs的含量為84ppm(其中苯60ppm，甲苯15ppm，甲醇9ppm)。
[0028]改變吸收塔理論板數(shù)為20，其他條件不變，塔頂?shù)玫紺H4產(chǎn)品中水含量為3ppm，VOCs的含量為75ppm(其中苯51ppm，甲苯15ppm，甲醇9ppm)。
[0029]實(shí)施例2
[0030]如圖1所示的吸收流程。吸收塔的操作條件為溫度25°C，壓力2.5MPa，吸收塔具有10塊理論塔板，原料氣為含水0.12%，含VOCs為0.8% (苯2000ppm，甲苯3000ppm，甲醇3000ppm)的CH4氣體，從塔底進(jìn)料，質(zhì)量流量為1000kg/h，以離子液體[EMnC + [Tf2N]—為吸收劑從塔頂加入，質(zhì)量流量為3000kg/h，即溶劑比為3。塔頂?shù)玫紺H4產(chǎn)品中水含量為3ppm，VOCs的含量為158ppm(苯為130ppm，甲苯為19ppm，甲醇為9ppm)。塔底富含[EMM] + [Tf2N]一的物流進(jìn)入氣液分離器，氣液分離器在常溫常壓下操作，脫除[EMM] + [Tf2N] —中的少量氣體，釜?dú)堃毫魅腴W蒸罐中脫除[EMm] + [Tf2N] —中的水分，閃蒸罐在溫度140°C，壓力0.05atm下操作，閃蒸罐底部采出的[EMHC +[Tf2N]—循環(huán)使用。
[0031]改變[EMm] + [Tf2N]—吸收劑的流量為5000kg/h，即溶劑比為5。其他條件不變，塔頂?shù)玫絆U產(chǎn)品中水含量為3ppm，V0Cs的含量為40ppm(苯為16ppm，甲苯為15ppm，甲醇為9ppm) ο
[0032]改變[EM頂]+ [Tf2N]—吸收劑的流量為10000kg/h，即溶劑比為10，其他條件不變，塔頂?shù)玫紺H4產(chǎn)品中水含量為3ppm，V0Cs的含量為37ppm(苯為14ppm，甲苯為15ppm，甲醇為
8ppm) ο
[0033]改變[EM頂]+ [Tf2N]—吸收劑的流量為15000kg/h，即溶劑比為15。其他條件不變，塔頂?shù)玫紺H4產(chǎn)品中水含量為3ppm，V0Cs的含量為35ppm(苯為13ppm，甲苯為14ppm，甲醇為
8ppm) ο
[0034]實(shí)施例3
[0035]如圖1所示的吸收流程。吸收塔的操作條件為溫度25°C，壓力2.5MPa，吸收塔具有10塊理論塔板，原料氣為含水0.12%，含VOCs為0.8% (苯2000ppm，甲苯3000ppm，甲醇3000ppm)的CH4氣體。從塔底進(jìn)料，質(zhì)量流量為1000kg/h，以離子液體[EMnC + [Tf2N]—為吸收劑從塔頂加入，質(zhì)量流量3000kg/h，塔頂?shù)玫紺H4產(chǎn)品中水含量為2ppm，VOCs的含量為151ppm(苯為128ppm，甲苯為16ppm，甲醇為7ppm)。塔底富含[EMnC + [Tf2N]—的物流進(jìn)入氣液分離器，氣液分離器在常溫常壓下操作，脫除[EMIM] + [Tf2N] —中的少量氣體，釜?dú)堃毫魅腴W蒸罐中脫除[EMM] + [Tf2N] —中的水分，閃蒸罐在溫度150°C，壓力0.05atm下操作，閃蒸罐底部采出的[EMIM] + [Tf2N]—循環(huán)使用。
[0036]改變閃蒸罐操作溫度為160°C，其他條件不