[發明專利]一種嗎啉類鐵基離子液體及在脫除氣體中硫化氫中的應用

有效

• 申請號: 202110285982.3
• 申請日: 2021-03-17
• 公開（公告）號: CN113019078B
• 公開（公告）日: 2023-01-10
• 發明（設計）人: 程華農;楊園園;王寧;張蕊;李娜;騰云;賈雯婷;田泊凝;趙佳睿;宋雙騏;李玉剛;譚心舜;鄭世清
• 申請（專利權）人: 青島科技大學;青島銀科恒遠化工過程信息技術有限公司
• 主分類號: B01D53/18
• 分類號: B01D53/18
• 代理公司: 山東重諾律師事務所 37228
• 代理人: 李常芳

本發明涉及一種嗎啉類鐵基離子液體及在脫除氣體中硫化氫中的應用。本發明構建了以嗎啉類鐵基離子液體或者嗎啉類鐵基離子液體?有機溶劑為吸收劑的脫硫體系。同其它鐵基離子液體相比，不僅具備綠色環保、可循環利用等優點，且同時具備價格低廉，粘度較低和硫容大的優勢，從而提高了吸收效率，降低了生產成本，易于實現工業化。

技術領域

本發明涉及一種以嗎啉類鐵基離子液體為吸收劑脫除氣體中硫化氫的方法，此類鐵基離子液體的陽離子為溴化N-甲基嗎啉類衍生物。此類鐵基離子液體同時具備價格低廉和粘度低兩大優點。

技術背景

硫化氫是一種無色有毒有害的酸性氣體，在常見的大型工業生產中，例如燃氣制造、合成氨工業、煤氣化、污水處理和造紙廠等，都會產生這種有害氣體。接觸過量硫化氫會造成脫發失明等現象，嚴重時甚至危及生命。如果生產物料中硫化氫過量會引起金屬管道、設備腐蝕、產品質量下降以及昂貴的催化劑失活等現象，極大的增加了工業生產的運營成本。若排放的廢氣中硫化氫的含量超標則會引起酸雨與環境污染，給本就脆弱的生態環境的維持增加壓力。因此，無論是從人類健康，工業生產還是生態環境考慮，都必須進行嚴格的脫硫處理。

現有的硫化氫脫除方法主要可分為干法脫硫和濕法脫硫兩大類。干法脫硫的脫硫精度較高，但只能適應于含硫量低氣體流量小的情況下，因此對大型工業例如煤氣化、天然氣合成等大氣量的工業生產無法高效的應用。濕法脫硫是一種高容量的脫硫方法，能夠適應于上述的大氣量工藝生產過程中硫化氫的脫除。濕法脫硫又可以分為濕法吸收法和濕法氧化法。濕法氧化法的脫硫產物回收簡單，且大多數的脫硫溶劑可以循環使用，所以在工業生產中應用較為廣泛，傳統的濕法氧化法脫硫溶液在脫硫過程中都會產生副鹽，會造成環境污染，為維持吸收劑原有的脫硫效率，需要不斷的補充吸收劑，因此增加二次處理成本。

離子液體(ionic liquids)又稱為室溫離子液體，由不對稱的有機陽離子和有機或無機陰離子組成。目前大量的研究表明，離子液體蒸氣壓低，不揮發，無污染，溶解能力強，穩定性強，結構可調節，回收簡單，是一種環保綠色型新型溶劑。鐵基離子液體則為陰離子為FeCl₄ˉ的離子液體，一般可以通過有機鹽類和無水FeCl₃或者FeCl₃·6H₂O在N₂環境中充分混合合成。鐵基離子液體具有Bronsted酸性，這使得脫硫過程中不會產生副鹽，大大減少了對環境的污染。

中國專利CN102020248A中提出了一類陽離子為咪唑類的鐵基離子液體用于硫化氫的脫除，專利指出咪唑類的鐵基離子液體的硫化氫脫除效率可達90％以上。咪唑類的鐵基離子液體粘度低，脫硫效率高，但是咪唑類陽離子價格較貴，不適于大規模的工業化生產。李佳璠文獻“有機相中鐵鹽增溶調控及其氧化脫硫性能研究”選用了氯化三乙胺為陽離子的鐵基類離子液體來探究硫化氫的脫除性能，結果表明此類陽離子的鐵基離子液體具有良好的硫化氫脫除能力，但是其粘度較大(20℃時的粘度范圍為350-650mPa·s)這一特征阻礙了其更進一步的工業應用。

發明內容

本發明的目的在于克服現有鐵基離子液體的價格昂貴和粘度大的缺點，提出一種嗎啉類鐵基離子液體，陽離子為溴化N-烷基嗎啉類嗎啉類陽離子，陰離子為四氯化鐵，氯化鐵和溴化烷基嗎啉的摩爾比為0.5～3.5:1。此類鐵基離子液體除了具備鐵基離子液體特有的無副產物、綠色環保、可氧化再生等特性之外，還同時具備原料價格便宜，粘度較低和硫容大的優點，使鐵基類離子液體向大型工業化脫硫應用有了更多的可能性。

優選的是：所述嗎啉類鐵基離子液體20℃時粘度為30～130mPa·s，產品含水量不超過100ppm。

優選的是：所述氯化鐵是指無水三氯化鐵；溴化N-烷基嗎啉是指溴烷烴改性的N-烷基嗎啉類衍生物，N-烷基嗎啉包括但不局限于N-甲基嗎啉、N-乙基嗎啉、N-丁基嗎啉，溴烷烴包括但不局限于溴代丁烷、溴代己烷、溴代辛烷、溴代十二烷。