[发明专利]气体预纯化方法

说明书

技术领域

本发明涉及除去空气中杂质的领域。具体地说，本发明涉及利用离子性液体除去空气中的杂质。

背景技术

现代空气分离单元(ASU)设备通常利用吸附床来除去进料空气中的杂质，再进行低温蒸馏。这些预纯化单元(PPU)通常除去空气中可能不利于恰当的低温空气分离作业的成分。这些杂质包括水、二氧化碳、一氧化碳、氢和烃类，比如丁烷、丙烯和乙炔。其它烃类如丙烷和乙烯以及一氧化二氮在PPU中部分除去。除去这些杂质能提高ASU的工艺安全性并且无需使用低温吸附剂。

通过将杂质吸附在吸附剂上，比如包含在PPU容器中的活性氧化铝和分子筛的表面上来纯化进料空气。氧、氮和氩不吸附而流过这些容器。PPU容器的吸附容量有限，必须再生，因此通常要有2或3个PPU床交替使用。当一个PPU床达到其饱和点，空气切换流过另一PPU床。在再生期间，对PPU减压，并将再生空气流过该无气流(off-stream)容器以除去吸附的成分。如下文所述，图1描述了典型的两床、双层PPU装置。

PPU中的吸附床可包含两个以上的层以便除去进料空气中的其它杂质。例如，通常在吸附床中加入钯和Carulite催化剂层，通过将氢和一氧化碳分别转化成水和二氧化碳而将其除去，然后进料流再进行低温蒸馏。

本发明人发现，与利用诸如活性氧化铝和分子筛等传统吸附剂相比，在进行低温蒸馏之前将离子性液体应用在空气预纯化中产生许多优点。这些优点包括能够更有效地除去进料空气中的杂质以实现连续操作，因而能简化工艺设计；更有效的催化剂-产物分离；降低容器的容积和相关成本；降低能耗及其相当的成本；和减少吸附床因高速气流和压力迅速变化而导致的吸附剂损坏所造成的故障。

发明内容

本发明提供除去进料气流中的杂质的方法，包括将该进料气流送入含有离子性液体的吸附容器。

本发明提供在低温蒸馏进料气流之前对其预纯化的方法，例如在空气分离单元中。

本发明除去的杂质选自下组：二氧化碳、硫化氢、二氧化硫、氢、一氧化碳和烃类。所述烃类选自下组：丁烷、丙烯、乙炔、丙烷和乙烯。

在另一实施方式中，本发明提供除去含杂质的进料气流中的杂质的方法，包括以下步骤：

a)将所述进料气流送入含有离子性液体的第一吸附容器，其中除去所述进料气流中的杂质；

b)将不含杂质的进料气流中的一部分引至第二床，其中所述不含杂质的气流再生所述第二床中的离子性液体；和

c)将不含杂质的进料气流的其余部分引至低温蒸馏单元。

该实施方式可以是一次完成式的(once through)，也可以是循环式的，从而在一个容器吸附进料气流中的杂质之时，第二容器进行再生。

离子性液体是纯离子性的盐样物质，它们通常在-96到200℃宽的温度范围内是液态。离子性液体还是非挥发性的，从而能更好地通过组合阳离子和阴离子来配制。

在本发明的一个方面，优选的离子性液体选自下组：基于咪唑鎓、吡啶鎓、吡咯烷鎓、胍鎓、铵、磷鎓和锍的离子性液体、或它们的混合物。这些离子性液体是任务特异性的离子性液体(task-specific ionic liquid)(TSIL)。这些化合物具有以下结构：

阳离子

阴离子

等。

指定为R₁、R₂、R₃和R₄的各基团是不同的烷基和烯基。这些基团可选自下组：氢和具有1-12个碳原子的直链或支链烷基和烯基。也可将某些胺基团，例如硫脲或氨基加入离子性液体的阳离子中以提高其螯合CO₂的能力。此外，可将羟基加入阳离子。对于具体应用，为获得吸附容量高且热稳定性高的离子性液体，需要考虑优化阳离子和阴离子的组合。

可将离子性液体涂布到基材表面，所述基材结合在待纯化的进料气体要引至的PPU床中。

还可通过涂布到多孔性珠和/或团粒上或包封在其中的方式来采用离子性液体。可将经涂布的珠和/或团粒装载入容器，并放在固定床、移动床或流化床中。