CN107321137A - 一种一体化捕集分离h2s和/或co2的复合型离子溶剂 - Google Patents

一种一体化捕集分离h2s和/或co2的复合型离子溶剂 Download PDF

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Abstract

本发明属于气体分离与净化技术领域，涉及一种捕集分离含有H2S和/或CO2原料气的复合型离子溶剂，所述溶剂含有碳酸丙烯酯和一种或多种咪唑类离子液体，所述碳酸丙烯酯和咪唑类离子液体按质量分数计算为：碳酸丙烯酯20％‑80％，咪唑类离子液体20％‑80％。此复合型离子溶剂吸收H2S和/或CO2原料气时具有速率快，吸收量大，解吸容易，对设备腐蚀性小，经济性好的特点。本发明可广泛用于含有H2S和/或CO2原料气的分离净化。

Description

一种一体化捕集分离H2S和/或CO2的复合型离子溶剂
技术领域
本发明属于石油化工材料技术领域，具体涉及一种从含有H2S和/或CO2原料气体中捕集分离硫化氢(H2S)和二氧化碳(CO2)的复合型离子溶剂。
背景技术
H2S和CO2通常存在于天然气、炼厂气、合成气等工业混合气体中，在这些混合气体被进一步处理或放空大气之前，必须进行净化处理这些酸性气体。H2S 是一种高度刺激气体，存在于管道中会导致下游的催化剂中毒、管道腐蚀，另外其排放会带来严重环境问题。CO2除了存在于上述气流中，还大量产生于火力发电，冶金企业等领域中。CO2引起的温室效应已经严重影响了地球气候变化。因此对H2S和CO2进行捕集分离具有重要意义。目前，普遍采用的是用化学类溶剂醇胺来脱除H2S和CO2，比如美国专利US4545965A，中国专利CN105344205A 和CN101844035A等报道的乙醇胺、二乙醇胺、二异丙醇胺或者这些胺的复合胺来脱除H2S以及中国专利106563344A中报道的二乙醇胺活化剂吸收CO2。但这类吸收溶剂解吸时损耗较大，溶剂降解形成的弱酸引起的腐蚀管道等问题无法避免。另外一类是物理性溶剂包括环丁砜，聚乙二醇二甲醚，低温甲醇，以及英国专利GB1151575中提到的碳酸丙烯酯等，此类溶剂吸收H2S和CO2普遍存在能力太小，解吸时溶剂有损耗，对设备也有一定程度腐蚀的问题。此外聚乙二醇二甲醚黏度太大，不利于常温吸收；而甲醇具有毒性，低温条件下能耗相对较高，因此需要开发环境友好，经济高效的新型H2S和CO2脱除溶剂。离子液体是由有机阳离子、无机或有机阴离子构成的，在室温或者接近室温条件下呈液体状态的有机盐类。由于其物理化学性质稳定，液程宽，挥发性低，溶解范围广，环境友好等特点受到了学术界和工业界的重视。近年来利用离子液体来捕集分离酸性气体H2S和CO2的研究工作得到了一些进展。H2S或CO2可溶解在离子液体中，简单加热后气体相对容易从离子液体中解吸出来，同时离子液体几乎没有损耗。离子液体的这些优点使得传统有机胺脱除酸性气体时造成的设备腐蚀等问题得到解决，但离子液体高昂的成本也限制了其工业应用。因此开发一种毒性小而且经济性好的碳酸丙烯酯溶剂和离子液体复配得到的复合型离子溶剂来脱除酸性气体H2S和CO2，此复合型离子溶剂可有望解决碳酸丙烯酯溶剂吸收能力小的缺点，同时也可适当降低溶剂对设备腐蚀程度和溶剂经济成本，使得两种溶剂的优势得到互补。
发明内容
本发明旨在提供一类对含有H2S和CO2的原料气体吸收能力大，吸收速度快，再生损耗较小的复合型离子捕集分离溶剂。
本发明的复合型离子捕集分离溶剂为碳酸丙烯酯和一种或多种咪唑类离子液体的混合溶剂，其成分和配方按质量分数计算分别为：碳酸丙烯酯为20％-80％，咪唑类离子液体为20％-80％。
本发明中的复合型离子捕集分离溶剂可在温度10～70℃，压力0～2.0MPa的条件下捕集分离H2S和CO2。
本发明中的咪唑类离子液体的阳离子为1-丁基-3甲基-咪唑基、1-己基-3-甲基-咪唑基、1-辛基-3-甲基-咪唑基；阴离子为四氟硼酸根或六氟磷酸根，但不仅限于上述阳离子和阴离子。
含有H2S和/或CO2的原料气体包括烟道气、合成气、变换气和天然气等工艺气体。
本发明的复合型离子溶剂具有如下显著特点：捕集分离H2S和CO2能力大，经济性好，粘度低，解吸能耗低，能在较高温度，较大压力的条件下捕集分离 H2S和CO2，在降低溶剂对设备腐蚀程度的同时也在一定程度上降低了捕集分离溶剂的损耗。
具体实施方式
下面结合实施例对本发明作详细描述，需要指出的是以下实施例不能限制本发明的保护范围。
实施例1
选择本发明中的碳酸丙烯酯(PC)与离子液体([Bmim][BF4])，按一定质量配比混合，置于高压反应釜内，抽真空后通入一定量的H2S气体，开启搅拌器，搅拌转速为400r/min。在温度范围30-60℃，压力范围0-1MPa的反应釜内进行H2S 吸收实验，当每一个数据点保持1小时不变时的压力视为平衡压力(下同)，结果见表1。由表1可看出：在相同温度和压力下，纯碳酸丙烯酯吸收H2S的能力最弱，纯[Bmim][BF4]的吸收能力最强。在相同实验条件下混合溶剂吸收H2S的能力随[Bmim][BF4]含量的增加而增加。在相同溶剂组成和平衡压力的实验条件下，混合溶剂吸收H2S的能力随温度升高而下降。在相同温度和溶剂组成的实验条件下，混合溶剂吸收H2S的能力随平衡压力升高而升高(例如在40℃，溶剂组成为20％[Bmim][BF4]+80％PC的实验条件)。
表1 H2S在碳酸丙烯酯和离子液体[Bmim][BF4]复合溶剂中的溶解度
溶解摩尔分数计算公式：xi＝ng/(ng+nl)(下同)
式中：xi为H2S气体在溶剂中的摩尔分数；nl为注入反应釜内中溶剂的物质量，mol；ng为溶剂中所含H2S物质的量，mol。
实施例2
选择本发明中的碳酸丙烯酯(PC)与离子液体([Hmim][BF4])，按一定质量配比混合，置于高压反应釜内，抽真空后通入一定量的H2S气体，开启搅拌器，搅拌转速为400r/min。在温度范围30-60℃，操作压力0-1MPa的反应釜内下进行 H2S吸收实验，结果见表2。由表2可看出：在相同温度和压力下，纯碳酸丙烯酯吸收H2S的能力最弱，纯[Hmim][BF4]的吸收能力最强(大于表1中纯 [Bmim][BF4]的吸收能力)。在相同实验条件下混合溶剂吸收H2S的能力随着 [Hmim][BF4]含量的增加而提高。在相同溶剂组成和平衡压力的实验条件下，混合溶剂吸收H2S的能力随温度升高而下降。在相同温度和溶剂组成的实验条件下，混合溶剂吸收H2S的能力随平衡压力升高而升高(例如在30℃，溶剂组成为20％[Hmim][BF4]+80％PC的实验条件)。
表2 H2S在碳酸丙烯酯和离子液体[Hmim][BF4]复合溶剂中的溶解度
实施例3
选择本发明中的碳酸丙烯酯(PC)与离子液体([Omim][BF4])，在温度范围30- 60℃，操作压力0-1MPa的反应釜内下进行H2S吸收实验，结果见表3。由表3 可看出：在相同温度和压力下，碳酸丙烯酯吸收H2S的能力最弱，[Omim][BF4] 的吸收能力最强(大于表2中纯[Hmim][BF4]的吸收能力)。在相同实验条件下混合溶剂吸收H2S的能力随着[Omim][BF4]含量的增加而提高。在相同溶剂组成和平衡压力的实验条件下，混合溶剂吸收H2S的能力随温度升高而下降。在相同温度和溶剂组成的实验条件下，混合溶剂吸收H2S的能力随平衡压力升高而升高(例如在60℃，溶剂组成为20％[Omim][BF4]+80％PC的实验条件)。
表3 H2S在碳酸丙烯酯和离子液体[Omim][BF4]复合溶剂中的溶解度
实施例4
选择本发明中的碳酸丙烯酯(PC)与离子液体([Bmim][PF6])，在温度范围30- 60℃，操作压力0-1MPa的反应釜内下进行H2S吸收实验，结果见表4。从表4 可看出：在相同温度和压力下，纯碳酸丙烯酯吸收H2S的能力最弱，纯[Bmim][PF6] 的吸收能力最强(接近表1中纯[Bmim][BF4]的吸收能力)。在相同溶剂组成和平衡压力的实验条件下，混合溶剂吸收H2S的能力随温度升高而下降。在相同温度和溶剂组成的实验条件下，混合溶剂吸收H2S的能力随平衡压力升高而升高 (例如在50℃，溶剂组成为20％[Bmim][PF6]+80％PC的实验条件)。
表4 H2S在碳酸丙烯酯和离子液体[Bmim][PF6]复合溶剂中的溶解度
实施例5
选择本发明中的碳酸丙烯酯(PC)与离子液体([Omim][BF4])，在温度30-60℃，操作压力0-1MPa的反应釜内下进行CO2吸收实验，结果见表5。由表5可看出：在相同温度和压力下，碳酸丙烯酯吸收CO2的能力最弱，[Omim][BF4]的吸收能力最强。在相同实验条件下混合溶剂吸收CO2的能力随着[Omim][BF4]含量的增加而提高。在相同溶剂组成和平衡压力的实验条件下，混合溶剂吸收CO2的能力随温度升高而下降。在相同温度和溶剂组成的实验条件下，混合溶剂吸收CO2的能力随平衡压力升高而升高(例如在30℃，溶剂组成为20％[Omim][BF4] +80％PC的实验条件)。
表5 CO2在碳酸丙烯酯和离子液体[Omim][BF4]复合溶剂中的溶解度
溶解摩尔分数计算公式：xi＝ng/(ng+nl)；其中xi为CO2气体在溶剂中的摩尔分数；nl为注入反应釜内中溶剂的物质量，mol；ng为溶剂中所含CO2物质的量，mol。
上述实施例对本发明的技术方案进行了详细说明。显然，本发明并不局限于所描述的实施例。基于本发明中的实施例，熟悉本技术领域的人员还可据此做出多种变化，但任何与本发明等同或相类似的变化都属于本发明保护的范围。

Claims (7)

1.一种复合型离子溶剂，其特征在于，所述溶剂含有碳酸丙烯酯和一种或多种咪唑类离子液体。
2.如权利要求1所述的复合型离子溶剂，其特征在于，所述碳酸丙烯酯和咪唑类离子液体按质量分数计算为：碳酸丙烯酯20％-80％，咪唑类离子液体20％-80％。
3.如权利要求1所述的复合型离子溶剂，其特征在于，所述咪唑类离子液体的阳离子为1-丁基-3-甲基-咪唑基、1-己基-3-甲基-咪唑基或1-辛基-3-甲基-咪唑基；阴离子为四氟硼酸根或六氟磷酸根。
4.权利要求1-3任一项所述的复合型离子溶剂在一体化捕集分离H2S和CO2的应用，其特征在于，将含有硫化氢和二氧化碳的原料气与所述溶剂接触，使硫化氢和二氧化碳被吸收到溶剂中，形成富液。
5.根据权利要求4所述的应用，其特征在于，从吸收有H2S和CO2的富液中分离H2S和/或CO2，产生H2S和CO2产品以及贫液，所述贫液进行循环处理含有H2S和CO2的原料气体。
6.根据权利要求4所述的应用，其特征在于，所述应用的适用温度为：10～70℃，压力为：0.1～2.0MPa。
7.根据权利要求4所述的应用，其特征在于，所述含有H2S和/或CO2的原料气体包括烟道气、合成气、变换气和天然气。
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