基于熱集成的含乙醇的羧甲基纖維素離心尾氣的處理方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明屬于清潔化工生產(chǎn)領(lǐng)域，具體涉及到一種基于熱集成使用離子液體和水作 為捕捉劑捕捉、回收羧甲基纖維素離心尾氣中乙醇的方法。
【背景技術(shù)】
[0002] 離子液體是由特定的有機(jī)陽離子和有機(jī)或無機(jī)陰離子組成的在室溫或近室溫下 呈液態(tài)的熔鹽體系，具有良好的熱穩(wěn)定性和化學(xué)穩(wěn)定性、蒸汽壓極低，不易揮發(fā)、毒性很低、 結(jié)構(gòu)可設(shè)計(jì)等優(yōu)勢(shì)，是一類新型的綠色介質(zhì)。近年來，采用離子液體捕捉氣體的研究越來越 受到人們的重視。
[0003] 羧甲基纖維素是一種由天然纖維素經(jīng)化學(xué)改性得到的一種陰離子型高分子化合 物，被廣泛應(yīng)用于石油、食品、醫(yī)藥、紡織、造紙等工業(yè)中。近年來，隨著國民經(jīng)濟(jì)的迅速發(fā) 展，羧甲基纖維素的需求量正不斷增長。而且由于其優(yōu)異的性能和寶貴的膠體化學(xué)性質(zhì)，還 在不斷開拓新的應(yīng)用領(lǐng)域，市場(chǎng)前景極為廣闊，潛力巨大。
[0004] 羧甲基纖維素的生產(chǎn)工藝有水媒法和溶媒法兩種。水媒法以水作為反應(yīng)介質(zhì)，但 所得產(chǎn)品含鹽量大，水分高、呈堿性，系中低檔羧甲基纖維素產(chǎn)品。而溶媒法以有機(jī)溶劑作 為反應(yīng)介質(zhì)，省去了水媒法固有的浸堿，壓榨，粉碎，老化等工序，堿化，醚化均在捏合機(jī)中 進(jìn)行。反應(yīng)過程傳熱、傳質(zhì)迅速、均勻、穩(wěn)定、主反應(yīng)快、副反應(yīng)少，所得羧甲基纖維素產(chǎn)品的 均一性、透明度及溶解性能都很好，是整個(gè)纖維素醚工業(yè)發(fā)展的方向。因此，目前國內(nèi)外大 多數(shù)廠家都使用溶媒法，但溶媒法以昂貴的有機(jī)溶劑作為反應(yīng)介質(zhì)，成本較大，并且在羧甲 基纖維素離心尾氣中含有大量的乙醇直接排入大氣中，這不但污染了環(huán)境，也增加了生產(chǎn) 成本。
[0005] 溶媒法生產(chǎn)羧甲基纖維素的過程中，氫氧化鈉與酒精等比例加入到反應(yīng)罐中混 合，由于在加料過程中風(fēng)機(jī)一直運(yùn)行，導(dǎo)致大量乙醇排入空氣。氫氧化鈉和酒精混合完全 后，再加入淀粉，一段時(shí)間后再滴加氯乙酸，等它們充分反應(yīng)后，得到料液。然后料液通入離 心機(jī)離心，一次離心機(jī)離心后的固體物料經(jīng)大量甲醇洗滌后，進(jìn)入二次離心機(jī)離心，離心過 程產(chǎn)生大量含乙醇的廢氣直接排入大氣中。在這個(gè)過程中浪費(fèi)掉大量的乙醇，這不僅增加 了一定的成本，而且還給周圍大氣環(huán)境造成污染。經(jīng)測(cè)算，每生產(chǎn)1噸羧甲基纖維素?fù)p耗乙 醇300到400公斤，每年將造成巨大的經(jīng)濟(jì)損失。因此開發(fā)合理可行的處理方法，治理該股 廢氣，既可保護(hù)周圍的大氣環(huán)境，又能產(chǎn)生可觀的經(jīng)濟(jì)效益。
[0006] 有機(jī)廢氣的處理目前一般采用的方法有轉(zhuǎn)化法和回收法，轉(zhuǎn)化法有熱氧化、催化 燃燒、生物氧化等技術(shù)，主要是通過化學(xué)或生化反應(yīng)，用熱、催化劑和微生物等將有機(jī)物轉(zhuǎn) 變成為二氧化碳和水。回收法主要有吸附法、冷凝法、吸收法及膜分離法，通過物理方法，利 用溫度、選擇性吸收劑和選擇性滲透膜等來分離回收有機(jī)溶劑，它是采用物理或化學(xué)方法 將廢氣中有機(jī)物回收再加以利用。轉(zhuǎn)化法雖然減少了有機(jī)廢氣的污染，但是浪費(fèi)了資源和 能量，并且會(huì)排放大量溫室氣體。吸附法會(huì)產(chǎn)生二次固體或液體污染物。冷凝法投資較大， 對(duì)環(huán)境及操作人員要求較高，且能耗過大，運(yùn)行費(fèi)用高。膜分離法對(duì)膜的要求比較高，處理 有機(jī)廢氣性能良好的高效膜有待開發(fā)，應(yīng)用范圍受到限制。在吸收法之中，吸收劑性能的優(yōu) 劣，是決定吸收操作效果好壞的關(guān)鍵因素之一，本發(fā)明采用捕捉劑吸收法處理有機(jī)廢氣，可 捕捉低濃度有機(jī)廢氣，捕捉效率高，無污染，捕捉劑還可循環(huán)利用。
[0007] 現(xiàn)有技術(shù)中也公開了使用離子液體吸收劑吸收有機(jī)廢氣的方法，例如公開號(hào)為 CN102675028A的專利涉及使用離子液體處理乙炔裂解氣的工藝，其提供了一種以較強(qiáng)堿性 的離子液體或離子液體與有機(jī)溶劑組成的混合溶劑為吸收劑，從裂解氣中分離得到高純乙 炔的方法，但是其采用吸收-解吸的方法，依次高壓吸收裂解氣，吸收液預(yù)熱后進(jìn)行分段減 壓、升溫解吸，將輕組分、乙炔和高炔解吸出來，分離得到高純度的乙炔，但是該工藝操作較 為復(fù)雜，運(yùn)行成本高。
[0008][0009][0010] 本申請(qǐng)使用離子液體和水實(shí)現(xiàn)尾氣中的乙醇的有效捕捉，減少有機(jī)廢氣的排放， 實(shí)現(xiàn)清潔化工生產(chǎn)。本申請(qǐng)是針對(duì)羧甲基纖維素生產(chǎn)過程中，溶劑乙醇單耗大的問題專項(xiàng) 研發(fā)的，效果顯著，具有廣闊的應(yīng)用前景。本發(fā)明的方法采用綠色溶劑離子液體和水作為捕 捉劑，無毒，無腐蝕，無污染，易回收，熱穩(wěn)定性好和化學(xué)穩(wěn)定性好，無損耗，可循環(huán)使用，對(duì) 原料濃度要求低，本發(fā)明使用的離子液體包括苯并噻唑類離子液體、苯并咪唑類離子液體、 喹啉類離子液體。本發(fā)明通過熱集成，將工藝中多余的熱量充分利用，實(shí)現(xiàn)能耗的大幅降低 并大大提升了捕捉劑的捕捉能力。本發(fā)明提供的方法處理量大，操作簡(jiǎn)單，經(jīng)濟(jì)效益好，對(duì) 乙醇的捕捉率和回收率均達(dá)到99. 3%以上，乙醇純度達(dá)到99. 5%以上。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0011] 本申請(qǐng)?zhí)岢鲆环N基于熱集成并采用離子液體和水捕捉羧甲基纖維素離心尾氣中 的乙醇的方法，本申請(qǐng)中所述的乙醇均為羧甲基纖維素離心尾氣中的乙醇?xì)怏w。所述方法 能夠高效的捕捉羧甲基纖維素離心尾氣中的乙醇，減少有機(jī)廢氣的排放，并能實(shí)現(xiàn)乙醇的 回收利用，具有經(jīng)濟(jì)和環(huán)保的雙重效益。
[0012] 【要解決的技術(shù)問題】
[0013] 本發(fā)明的目的是提供基于熱集成的含乙醇的羧甲基纖維素離心尾氣的處理方法。
[0014] 【技術(shù)方案】
[0015] 本申請(qǐng)是通過如下技術(shù)方案實(shí)現(xiàn)的：
[0016] 基于熱集成的含乙醇的羧甲基纖維素離心尾氣的處理方法，其特征在于：所述方 法采用如下裝置對(duì)羧甲基纖維素離心尾氣中乙醇進(jìn)行回收處理，該裝置包括空氣過濾器 ②、捕捉塔③、換熱器⑥、捕捉劑再生塔⑦；其中所述空氣過濾器②的出口與所述捕捉塔③ 的進(jìn)氣口相連通，所述捕捉塔③的塔底出料口和所述捕捉劑再生塔⑦的塔底出料口分別與 所述換熱器⑥的冷、熱流體進(jìn)口相連通，所述捕捉塔③的塔頂進(jìn)料口與所述捕捉劑再生塔 ⑦的進(jìn)料口分別與換熱器⑥的熱、冷流體出口相連通；
[0017] 該回收處理方法包括如下步驟：
[0018] 1)含乙醇的羧甲基纖維素離心尾氣首先進(jìn)入空氣過濾器②，在空氣過濾器②中羧 甲基纖維素粉塵和一些固體顆粒經(jīng)過離心和壓縮被沉淀下來；
[0019] 2)通過空氣過濾器②的羧甲基纖維素離心尾氣從塔底部進(jìn)入到捕捉塔③中，被捕 捉劑捕捉，形成含乙醇的捕捉劑溶液④，凈化后的空氣從捕捉塔③上方排出；
[0020] 3)將步驟2)中含乙醇的捕捉劑溶液④引入到換熱器⑥進(jìn)行熱集成后溫度升至 70-80°C，送入到捕捉劑再生塔⑦中，每小時(shí)能節(jié)省捕捉劑再生塔⑦塔底再沸器加熱蒸汽 250-300kg，從塔頂?shù)玫礁咂焚|(zhì)乙醇:塔底得到回收的捕捉劑⑧；
[0021] 4)將步驟3)中回收的捕捉劑⑧通過換熱器⑥進(jìn)行熱集成后溫度降至35-45°C，從 頂部通入捕捉塔③以循環(huán)利用；
[0022] 5)在捕捉劑再生塔⑦中經(jīng)過精餾分離，在塔頂?shù)玫礁咂焚|(zhì)乙醇職,將其送回生產(chǎn) 車間重新用于羧甲基纖維素的生產(chǎn)。
[0023] 根據(jù)本發(fā)明的一種優(yōu)選實(shí)施方式，其特征在于捕捉劑是離子液體和水的混合物。
[0024] 根據(jù)本發(fā)明的一種優(yōu)選實(shí)施方式，其特征在于離子液體是苯并噻唑類離子液體、 苯并咪唑類離子液體、喹啉類離子液體的一種或幾種的混合物。
[0025] 根據(jù)本發(fā)明的一種優(yōu)選實(shí)施方式，其特征在于：所述換熱器⑥為單管程單殼程的 列管式換熱器，其加熱源為來自捕捉劑再生塔⑦回收的捕捉劑⑧。
[0026] 根據(jù)本發(fā)明的一種優(yōu)選實(shí)施方式，其特征在于所述捕捉劑對(duì)乙醇的捕捉率達(dá)到 99. 3%以上。
[0027] 根據(jù)本發(fā)明的一種優(yōu)選實(shí)施方式，其特征在于所述回收后的乙醇純度達(dá)到99. 5% 以上。
[0028] 根據(jù)本發(fā)明的一種優(yōu)選實(shí)施方式，其特征在于所述凈化后的空氣中乙醇的含量低 于IOOppm0
[0029] 在捕捉塔③內(nèi)，塔頂壓力維持在Iatm左右，羧甲基纖維素離心尾氣不斷與捕捉劑 進(jìn)行氣液接觸，其中的乙醇?xì)怏w不斷被捕捉劑捕捉，凈化后的尾氣從塔頂放空，而捕捉劑離 子液體和水由于不揮發(fā)，將攜帶乙醇在重力的作用下由塔底離開，形成含乙醇的捕捉劑溶 液④。
[0030] 本發(fā)明的技術(shù)原理為：離子液體和水作為捕捉劑從捕捉塔塔頂噴淋，與塔底而來 的羧甲基纖維素離心尾氣逆向接觸，產(chǎn)生穩(wěn)定的泡沫層，當(dāng)泡沫層達(dá)到平衡時(shí)形成一個(gè)湍 動(dòng)的泡沫區(qū)，這時(shí)氣液兩相不僅接觸面積大，而且接觸表面不斷得到更新，氣液相在多級(jí)塔 板上激烈碰撞以使氣液充分混合，乙醇被捕捉進(jìn)而隨著液體的重力作用落入捕捉塔中。乙 醇溶解在捕捉劑的過程中，醇既可以通過氫鍵堿性與離子液體的陽離子形成氫鍵，又可以 通過氫鍵酸性與陰離子形成氫鍵，而水分子則傾向于優(yōu)先與離子液體的陰離子形成氫鍵。 因此，水和醇可以與離子液體形成不同的氫鍵作用，乙醇與離子液體部分互溶，但是由于水 的存在，水和乙醇通過協(xié)同作用增大了在離子液體中的溶解度。這種水和乙醇之間通過氫 鍵相互作用而形成的特定的結(jié)構(gòu)和力場(chǎng)使得離子液體和水、乙醇之間能夠完全互溶，達(dá)到 好的捕捉效果。最終使凈化空氣中乙醇的含量降低到IOOppm以下，而對(duì)乙醇的捕捉率達(dá)到 99. 3%以上。在捕捉劑再生塔⑦中經(jīng)過精餾分離，捕捉劑循環(huán)使用，最終得到乙醇的純度在 99. 5 %以上，而乙醇的回收率在99. 3 %以上。捕捉劑的溫度對(duì)其捕捉能力有較大影響，溫度 越高捕捉能力越差，而進(jìn)入捕捉劑再生塔⑦的含乙醇捕捉劑④溫度越高，捕捉劑再生塔⑦ 塔底再沸器加熱所需的蒸汽用量就越少，通過將溫度較低的含乙醇捕捉劑④與溫度較高的 回收的捕捉劑⑧進(jìn)行熱集成，含乙醇捕捉劑④溫度升高，回收的捕捉劑⑧溫度降低，即節(jié)省 了塔⑦再沸器的加熱蒸汽用量，又提高了捕捉劑在捕捉塔③中的捕捉能力。
[0031] 本申請(qǐng)使用的2個(gè)塔：捕捉塔、捕捉劑再生塔。捕捉塔為板式塔，理論板數(shù)是 25-42,塔頂溫度為15-32°C，操作壓力為l_2atm，尾氣進(jìn)料溫度為20-45°C，捕捉劑進(jìn)料溫 度為35-45 °C。捕捉劑再生塔為板式塔，理論板數(shù)是25-40,塔頂溫度為75-85 °C，塔底溫度 在90-105°C，進(jìn)料位置為5-20,操作壓力為l-2atm，回流比為1-5。
[0032] 本發(fā)明所采用的離子液體為苯并噻唑類離子液體、苯并咪唑類離子液體、喹啉類 離子液體，包括苯并噻唑四氟硼酸鹽、苯并噻唑取代磺酸鹽、N-烷基苯并噻唑六氟磷酸鹽、 1-丁基-3-甲基苯并咪唑雙氟甲基磺酰亞胺、丁基異喹啉雙三氟甲基磺酰亞胺、丁基喹啉 雙三氟甲基磺酰亞胺、己基喹啉雙三氟甲基磺酰亞胺。這些離子液體作為捕捉劑不易揮