專利名稱：一種基于離子液體的含氨氣體中氨的回收方法
技術領域：
本發(fā)明涉及一種基于離子液體的含氨氣體中氨的回收方法，屬于廢氣處理與回收領域。具體地說，涉及到使用離子液體從含氨氣體中回收氨一種新工藝。
背景技術：
氨是典型惡臭有毒有害工業(yè)氣態(tài)污染物之一，其主要來源于合成氨生產(chǎn)的馳放氣和尿素造粒塔的高空排放尾氣，其它來源有焦爐煤氣、氨冷凍罐排氣、硝酸裝置尾氣以及工業(yè)生產(chǎn)中設備的跑、冒、滴、漏等，其中80%以上的氨廢氣來自于合成氨馳放氣。大量含氨工業(yè)尾氣直接排入大氣，不僅造成合成氨產(chǎn)品的損失，而且惡化了人們的生存環(huán)境。氨在大氣中被氧化生成NOx，形成酸雨，并進而氧化成硝酸鹽，進入水循環(huán)系統(tǒng)，污染地下水。農(nóng)業(yè)和化工行業(yè)的發(fā)展對氨氣、尿素、磷酸銨、硝酸銨等需求量的增加，促使我國合成氨工業(yè)快速發(fā)展，年生產(chǎn)量持續(xù)上升，含氨氣體的排放量也進一步增加。因此在工業(yè)生產(chǎn)中，無論從環(huán)保角度還是經(jīng)濟角度，都需要對含氨氣體中的氨進行回收。過去采用鹽水洗滌吸收工藝回收其中的氨，由于該技術的局限性，氨回收率一直很低，含氨氣體中近一半的氨在洗滌尾氣中被燒掉，浪費了大量資源，同時產(chǎn)生的氨水因濃度太稀而無法處理，又直接造成了外排污水氨氮超標和環(huán)境污染的嚴重問題。很多公司曾嘗試將稀氨水中的氨蒸出回收，但該種方法能耗大，成本高。離子液體作為一種新型“綠色溶劑”，具有傳統(tǒng)溶劑不可比擬的特性，離子液體具有極低的揮發(fā)性、不會造成氣相污染、低損耗、解吸能耗低、對氣體具有溶解選擇性、穩(wěn)定性好、性質(zhì)可調(diào)等優(yōu)。在2005年，Johan Jacquemin等人測定了二氧化碳、甲烷、乙烷、氫氣、 氮氣、氬氣等氣體在離子液體[C4MIM] [BF4]的溶解度，Guihua Li等人測定了氨在離子液體 [C4MIM] [BF4]的溶解度，根據(jù)不同氣體在離子液體中溶解度的不同將氨和其他氣體分開，離子液體在過程中循環(huán)使用且無質(zhì)量損失。離子液體用于含氨氣體氨回收工藝，可以克服水吸收污染大、能耗高的缺點。目前嘗試用離子液體來回收含氨氣體中氨的相關工藝尚無文獻報道。綜上所述，離子液體吸收含氨氣體中氨的工藝如何在工業(yè)上實現(xiàn)，以及具體的工藝操作條件如何，目前還沒有定論。因此，本發(fā)明以離子液體作為吸收劑，開發(fā)了一種含氨氣體中氨回收的新工藝，對提高現(xiàn)有含氨氣體中氨的回收率、降低回收能耗、保護環(huán)境都具有十分重要的意義。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明為了解決現(xiàn)有水吸收氨回收率低、氨水濃度太稀無法處理，又直接造成了外排污水氨氮超標和環(huán)境污染等嚴重問題，提出來一種基于離子液體回收含氨氣體中的氨的新工藝，可以解決水吸收污染嚴重、成本高等問題。本發(fā)明提出的離子液體回收含氨氣體中的氨的工藝包括吸收、解吸和溶劑循環(huán)三部分。
具體技術方案如下，包括三個步驟(1)吸收含氨氣體從塔底進料，與來自塔頂?shù)碾x子液體逆流接觸，實現(xiàn)含氨氣體中氨的吸收；凈化氣由塔頂出料，含氨的離子液體由塔底出料去往解吸工段。分析凈化氣的氨含量，若不能達到指定的氨含量，則可以采取雙塔或者多塔吸收，直到滿足凈化氣中氨含量的要求，凈化氣去往下一個工段，富含氨的離子液體去往解吸工段。(2)解吸富含氨的離子液體首先進入單級或多級高壓閃蒸設備進行閃蒸，然后去往單級或者多級常壓、減壓閃蒸設備進行閃蒸，通過第一步閃蒸解吸出離子液體中的大部分不凝氣，再通過第二步閃蒸回收吸收劑中的氨，經(jīng)過兩步解吸離子液體中的氨含量小于 lOOOppm。(3)溶劑循環(huán)經(jīng)過解吸后的貧液由泵壓縮達到離子液體進入吸收塔的壓力，接著通過冷卻器進行冷卻，達到離子液體進料溫度，離子液體進入吸收塔進行循環(huán)吸收，整個過程實現(xiàn)了溶劑的循環(huán)。在上述的含氨氣體氨吸收溶劑中，離子液體的質(zhì)量百分濃度應大于90%。所述含氨氣體可以包括氨、氫氣、氮氣、氬氣、甲烷等氣體成分，其中氨的摩爾百分含量范圍為 30%。所述步驟(1)中吸收裝置可采取單塔操作、雙塔操作或多塔操作；吸收溶劑自上段進入吸收塔，含氨氣體以氣態(tài)的形式從塔下部進入，二者逆流接觸。吸收塔操作壓力接近含氨氣體的進口壓力，進料液氣比大于3. 5，操作溫度0°C 60°C。所述步驟O)中閃蒸罐體積根據(jù)氣體處理量來確定，閃蒸罐的材料可以選擇鋼制壓力容器或襯聚四氟乙烯，閃蒸罐的型式為臥式、立式以及風頭的型式；解吸工段包括高壓、常壓、減壓多級閃蒸，閃蒸溫度20°C 100°C。所述步驟(3)中離子液體被離心泵壓縮后壓力為吸收裝置的操作壓力，離子液體換熱后的溫度為0°c 60°C。本發(fā)明的含氨氣體中氨回收方法具有以下特點(1)該方法包括離子液體循環(huán)利用工段，可實現(xiàn)離子液體99 100%回收率。(2)本發(fā)明提供的含氨氣體中氨回收的工藝流程，裝置結(jié)構簡單、設備投資小、易于推廣。


圖1為本發(fā)明的含氨氣體中氨回收方法的一種方案的流程示意圖。
具體實施例方式下面結(jié)合附圖進一步解釋本發(fā)明所述方法。圖1顯示了本發(fā)明含氨氣體中氨回收的一種實施方案。(1)吸收工段首先，來自合成氨工段的馳放氣由塔底進料，循環(huán)的吸收溶劑由塔頂進料；二者逆流接觸，進行氨的吸收，凈化氣從塔頂出料去往膜分離工段，富含氨的富液從塔底出料去往解吸工段。(2)解吸工段來自吸收塔T-I的富液進入多級閃蒸設備F-1、在F-I中閃蒸出大部分的不凝氣，閃蒸后的貧液進入多級閃蒸罐F-2進一步閃蒸，在F-2中閃蒸出大部分的氨，閃蒸出的氨去往尿素合成工段，解吸后的貧液進入溶劑循環(huán)回收工段。(3)溶劑循環(huán)段從解吸工段過來的離子液體經(jīng)過壓縮達到離子液體進入吸收塔的壓力，接著進行冷卻，達到離子液體進料溫度，離子液體進入吸收塔進行下一次的吸收， 整個過程實現(xiàn)了溶劑的循環(huán)。實施例1采用上述實施方案，合成氨馳放氣流量為516. 35kg/h，氨的質(zhì)量分數(shù)為4. 4%，壓力為60atm，溫度-8°C;離子液體[C4MIM] [BF4]進料流量為2000kg/h，壓力59atm，溫度30°C ； 吸收塔操作壓力59atm 60atm。含氨富液進入二級閃蒸罐閃蒸出不凝氣，此閃蒸溫度為 600C ；接著進入二級閃蒸罐回收氨，此閃蒸溫度為100°C ；解吸后的貧液被壓縮到59atm，然后冷卻到30°C，進入吸收塔循環(huán)吸收。氨的吸收量為22.27^g/h，氨的回收率為97. ； 離子液體的循環(huán)回收量1999. 929kg/h，離子液體的回收率99. 99 %，解吸后的離子液體中含氨質(zhì)量濃度為35ppm。實施例結(jié)果見表1，凈化氣氨含量44ppm。表1原料氣和凈化氣摩爾含量(％ )比較
權利要求
1.一種基于離子液體的含氨氣體中氨的回收方法，采用基于離子液體的吸收劑將含氨氣體中低濃度的氨吸收下來，然后通過變溫、變壓解吸得到較高純度的氨，解吸后的吸收溶劑返回到吸收裝置循環(huán)使用。
2.根據(jù)權利要求1的方法，其特征在于，吸收溶劑可以是純離子液體，也可以是含有其他溶劑如水、聚乙二醇等的復合離子液體溶劑，但離子液體的質(zhì)量百分比濃度應大于90%。
3.根據(jù)權利要求1所述的方法，其特征在于，所述含氨氣體組成中，氨的摩爾百分含量為 30%。
4.根據(jù)權利要求1的方法，其特征在于，吸收裝置采取單塔操作、雙塔操作或多塔操作；吸收劑自上段進入吸收塔，含氨氣體以氣態(tài)的形式由塔下部進入，二者逆流接觸。
5.根據(jù)權利要求1或4所述的方法，其特征在于，吸收塔進料液氣比大于3.5，操作溫度 0°C 60°C。
6.根據(jù)權利要求1所述的方法，其特征在于，富氨吸收劑首先通過單級或多級閃蒸解吸出大部分的不凝氣，然后通過進一步閃蒸回收吸收劑中的氨。
7.根據(jù)權利要求1所述的方法，其特征在于，解吸后的溶劑中含氨質(zhì)量濃度小于 IOOOppm,經(jīng)加壓降溫后返回吸收裝置。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種基于離子液體的含氨氣體中氨的回收方法，可以突破現(xiàn)有含氨氣體水吸收回收方法存在溶劑易揮發(fā)、能耗高、容量小、廢水排放等問題。采用吸收裝置，以離子液體或者復合溶劑為吸收劑，實現(xiàn)含氨氣體中的氨回收，含氨的富液首先通過單級或多級閃蒸解吸出大部分的不凝氣，然后進一步閃蒸回收吸收劑中的氨，解吸后的離子液體吸收劑加壓降溫后進入吸收裝置循環(huán)吸收含氨氣體中的氨，本發(fā)明氨的回收率達95％以上，該工藝具有對環(huán)境友好、能耗低、設備簡單、操作方便等特點。
文檔編號B01D53/14GK102179133SQ20111008614
公開日2011年9月14日 申請日期2011年4月7日 優(yōu)先權日2011年4月7日
發(fā)明者任保增, 周清, 姚月華, 張鎖江, 張香平, 王蕾, 田肖, 聶毅, 董海峰, 陳晏杰 申請人:中國科學院過程工程研究所