一種離子液體用于脫除氣體中水和揮發性有機物的方法
【技術領域】
[0001]本發明涉及一種離子液體溶劑用吸收的方法同時脫除氣體混合物中的水分和揮發性有機物VOCs(甲苯、苯、甲醇、三甘醇等)，屬于氣體干燥凈化或吸收技術領域。
【背景技術】
[0002]從地下儲氣層中開采出來的粗天然氣或者頁巖氣當中，除CH4以外，含有水分和VOCs苯、甲苯、甲醇、三甘醇等。對其輸送和應用之前，必須要進行相應的處理凈化。常規的脫除流程分為脫除水分和脫除VOCs兩步。目前，脫除氣體中水分通常可以用低溫分離法、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，但是系統復雜，再生能耗大;TEG易損失、易被污染、被氧化生成腐蝕性有機酸。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。由于離子液體蒸汽壓低，幾乎不揮發，液態溫度范圍寬(-100-200°C)，熱穩定性好，不易燃燒，電化學穩定性高，選擇性的溶解能力，陰陽離子組合，可設計性，可循環使用等優點。本發明使用離子液體凈化粗天然氣，可以達到同時脫除水分和VOCs的效果，且流程簡單，能耗低，不腐蝕設備。
【發明內容】
[0003]本發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性有機物的方法，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利用。
[0004]離子液體用于脫除氣體中水分和揮發性有機物。
[0005]本發明提出一種離子液體用于脫除氣體中水分和揮發性有機物的方法，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)、理論塔板數為5-20;原料氣從吸收塔底部進料，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 % (摩爾分數，下同)，VOCs的含量為0.0I % -5 % (摩爾分數，下同)，溶劑比為0.1-20(溶劑比為進入吸收塔的離子液體質量流量與原料氣質量流量之比)，吸收塔塔底富含離子液體的物流進入氣液分離器進行氣液分離，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，氣液分離器的釜殘液流入閃蒸罐中進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入流入閃蒸罐中進行閃蒸，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脫除在脫除氣體中水分的同時脫除甲苯、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]采用現有的處理技術脫除氣體中水分和VOCs時需要分步進行，而采用本發明離子液體及其混合溶劑脫除氣體中水分時，同時可以脫除揮發性有機物，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腐蝕、避免使用傳統溶劑吸收氣體所帶來的高消耗量和環境污染等問題，設備簡單，投資少，能耗低。
【附圖說明】
[0009]圖1為本發明離子液體脫除氣體中水分和VOCs的一種工藝流程圖。
[0010]
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[0012]另外，在氣液分離器和閃蒸罐之間添加換熱器為最優選流程，此工藝優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—吸收劑進料;F—原料氣進料;D—塔頂產品；Gl—少量原料氣;W—脫除雜質的吸收劑；
[0015]另外，在吸收塔和閃蒸罐之間添加換熱器為最優選流程，此工藝優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—氣液分離器;B3—再生塔;S—吸收劑進料;F—原料氣進料;D—塔頂產品;G1—少量原料氣;G2—水蒸氣及VOCs
[0018]W—脫除雜質的吸收劑，吸收劑為三甘醇。
【具體實施方式】
[0019]本發明用以下實施例說明采用離子液體同時脫除原料氣中水分和VOCs的效果，但本發明并不限于下述實施例，在不脫離前后所述宗旨的范圍下，變化實施例都包含在本發明的技術范圍內。
[0020]如圖1和2所示，本發明采用包括吸收塔、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入，原料氣從吸收塔塔底進入。從吸收塔塔底采出的物流進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，可以循環使用。圖2中吸收劑從吸收塔塔頂進入，原料氣從吸收塔塔底進入。從吸收塔塔底采出的物流進入閃蒸罐，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，可以循環使用。
[0021]實施例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% (摩爾分數，下同)，含VOCs為0.8% (苯2000ppm，甲苯3000ppm，甲醇3000ppm)的CH4氣體，從塔底進料，質量流量為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，質量流量為3000kg/h，塔頂得到CH4產品中水含量為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]—循環使用。
[0023]改變吸收塔理論板數為5，其他條件不變，塔頂得到CH4產品中水含量為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為12，其他條件不變，塔頂得到OU產品中水含量為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為14，其他條件不變，塔頂得到CH4產品中水含量為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為16，其他條件不變，塔頂得到CH4產品中水含量為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為18，其他條件不變，塔頂得到CH4產品中水含量為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為20，其他條件不變，塔頂得到CH4產品中水含量為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，從塔底進料，質量流量為1000kg/h，以離子液體[EMnC + [Tf2N]—為吸收劑從塔頂加入，質量流量為3000kg/h，即溶劑比為3。塔頂得到CH4產品中水含量為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，釜殘液流入閃蒸罐中脫除[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，塔頂得到OU產品中水含量為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，塔頂得到CH4產品中水含量為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，塔頂得到CH4產品中水含量為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。從塔底進料，質量流量為1000kg/h，以離子液體[EMnC + [Tf2N]—為吸收劑從塔頂加入，質量流量3000kg/h，塔頂得到CH4產品中水含量為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，釜殘液流入閃蒸罐中脫除[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]—循環使用。
[0036]改變閃蒸罐操作溫度為160°C，其他條件不