CN108187449A - 一种利用醇胺类离子液体高效吸收氨气的方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种利用醇胺类离子液体高效吸收氨气的方法，属于气体分离与净化技术领域。所述的醇胺类离子液体不仅原料丰富易得，价格便宜，合成过程简单，方便规模化制备，而且作为吸收剂，其质子氢和羟基基团与NH3分子间的多位点氢键作用有利于NH3高效吸收，同时采用加热或减压方式可将NH3完全解吸出来，再生后吸收剂可循环使用且吸收性能保持稳定。利用该类离子液体可同时实现对氨气的高效吸收和解吸，是一种极具应用前景的氨气分离回收的方法。

Description

一种利用醇胺类离子液体高效吸收氨气的方法
技术领域
本发明属于气体分离与净化技术领域，具体涉及采用醇胺类质子化离子液体作为吸收剂通过质子氢和醇羟基与氨气分子间的多位点氢键作用高效分离氨气的方法。
背景技术
氨气(NH3)是典型有毒有害工业气态污染物之一，工业上氨排放主要来源于合成氨、尿素、氰尿酸、无机化工(钼酸铵、氧化钼)等生产过程中产生的尾气，以及焦炉煤气、氨冷冻罐排气、硝酸装置尾气等。大量的含氨尾气直接排入大气，会严重污染环境和影响人类的生活和健康。研究表明，大气中的氨排放是导致雾霾的主要原因之一，所形成的硫酸铵、硝酸铵等颗粒物贡献大气中PM2.5中质量浓度的30％左右，峰值甚至达到60％。因此对氨的排放标准也越来越严格，2015年制定GB31573-2015规定，要求排放尾气中氨含量≤10mg/m3，从2017年7月1日起现有的企业须强制执行新标准。另一方面，氨作为重要的基础化工产品之一，若直接排放还会造成氨资源的严重浪费。据统计，中国合成氨(无水氨)产量占世界产量40％以上，2017年氨产品价格达到3000元/吨，较去年同期价格增加约30％。因此，如何经济、有效且安全地控制氨排放并回收氨具有重要的实际意义。
目前工业含氨尾气的净化回收主要采用溶剂吸收法，利用有机或无机酸的水溶液吸收浓缩成铵盐，由于溶剂挥发性和腐蚀性强，解吸困难，产生废水量较大，运行费用较高，铵盐产品附加值低。水吸收法虽然技术成熟，应用较为广泛，但同样存在溶剂挥发性强，水再生过程能耗高，含氨废水量大，氨回收率较低等问题。因此，开发吸收能力强、稳定性好、可循环利用的新型吸收剂是发展高效、低能耗和低成本的氨净化回收新技术的关键所在。
近些年来，离子液体因其蒸汽压低、稳定性好、气体溶解能力强和可设计性等优点，在有效控制氨污染和高效回收工业废气中的氨气方面展现出了良好的应用前景。目前关于离子液体吸收NH3的研究主要集中在咪唑类离子液体。如Yokozeki等(AppliedEnergy,2007,84,1258；Ind Eng Chem Res，2007，46,1605)采用两步法合成一系列不同阴离子的咪唑类离子液体，该类离子液体在25℃和0.30MPa条件下NH3最高吸收量仅0.032gNH3/gIL(0.79molNH3/molIL)。随后，张锁江等(Fluid Phase Equilibria,2010,297,34)采用同样的方法合成了咪唑阳离子上含不同长度侧链的离子液体，其在20℃和0.15MPa条件下NH3最高吸收量约为0.038gNH3/gIL(0.72molNH3/molIL)。Jose Palomar等(SepPurif Technol,2011,82,43；2012，95,188)报道了咪唑阳离子上含羟基的功能化离子液体用于NH3吸收，其NH3吸收量有所提高，在40℃和0.10MPa下吸收量最高可达0.070gNH3/gIL(0.887molNH3/molIL)，但仍与传统水法存在较大差距，而且这些离子液体均采用两步法合成，存在合成过程复杂、产率低、提纯困难等缺点，极大程度地限制了其大规模工业化应用。醇胺类离子液体以有机醇胺和有机酸为原料，采用一步中和反应，合成过程简单，且无副产物生成，原料便宜易得，合成成本较低，适合大规模工业化生产，目前在酸性气体如SO2、CO2、H2S等吸收分离方面进行了研究，然而关于醇胺类离子液体吸收分离碱性氨气的研究尚未有报道。
基于上述分析，本发明提出了一种利用醇胺类离子液体高效吸收氨气的新方法，醇胺类离子液体不仅原料丰富易得，价格便宜，合成过程简单，易于规模化制备，而且作为吸收剂，可通过质子氢和醇羟基与NH3分子间的多位点氢键作用来实现对NH3高效吸收，采用加热或减压方式亦可将NH3完全解吸出来，具有很好的循环性，是一种极具应用前景的NH3净化分离的方法。
发明内容
本发明的目的在于提供一种利用醇胺类离子液体高效吸收氨气的方法。
本发明中所述的醇胺类离子液体的结构通式如下：
其中阳离子上R1为CH3或CmH2mOH(m为整数，2≤m≤4)；R2为CnH2nOH(n为整数，2≤n≤4)，R3为CkH2k+1或CkH2k+1OH(k为整数，1≤k≤3)；所述质子型离子液体的阴离子X为Cl-，NO3 -，CH3SO3 -,CF3SO3 -,HSO4 -，H2PO4 -，R4COO-(R4为CtH2t+1，t为整数，0≤t≤3)。
本发明还提供了所述醇胺类离子液体的合成方法，具体是：以有机醇胺及其衍生物和质子酸为原料，乙醇为溶剂，低温反应一步合成得到相应的醇胺类离子液体，再将得到的粗产品用丙酮洗涤多次即可得到高纯的目标离子液体。
本发明中所述的醇胺类离子液体用于NH3吸收的温度：10～100℃，吸收压力：1kPa～10MPa；吸收剂再生通过加热或减压方式，再生条件：50～200℃，0.1kPa～1.0MPa，再生后溶剂可循环使用。
本发明所述的醇胺类离子液体适用于合成氨驰放气、尿素造粒塔的排放尾气、焦炉煤气、硝酸装置尾气、钼酸铵尾气等不同浓度的NH3吸收分离。
与现有技术相比，本发明所述方法中的醇胺类质子化离子液体不仅原料丰富易得，合成过程简单，方便规模化制备，而且作为吸收剂，其质子氢和羟基基团与NH3分子间的多位点氢键作用有利于NH3高效吸收，同时采用加热或减压方式可将NH3完全解吸出来，再生后吸收剂可循环使用且吸收性能保持稳定。该吸收剂具有合成简单、价格便宜、粘度低、稳定性好、NH3吸收量高、易于解吸、可循环利用等优点，为NH3净化分离提供了一种新途径。
具体实施方式
以下通过具体实施例对本发明的技术方案作更为详细的描述，但本发明并不限于以下实施例，在不脱离前后所述的范围内，变化实施都包含在本发明的技术范围内。
实施例1
1)将等摩尔N-甲基二乙醇胺加入到装有乙醇的圆底烧瓶中置于冰浴中，然后慢慢滴加等摩尔盐酸的乙醇溶液，滴加完毕后搅拌反应12h。反应结束后加热旋转除去残余的盐酸和水，并用丙酮洗涤多次，70℃真空干燥得到室温下为淡黄色油状液体[MDEA][Cl]。
2)将等摩尔N-甲基二乙醇胺加入到装有乙醇的圆底烧瓶中置于冰浴中，然后慢慢滴加等摩尔硝酸的乙醇溶液，滴加完毕后搅拌反应12h。反应结束后加热旋转除去残余的硝酸和水，并用丙酮洗涤多次，70℃真空干燥得到室温下为棕黄色油状液体[MDEA][NO3]。
3)将等摩尔N-甲基二乙醇胺加入到装有乙醇的圆底烧瓶中置于冰浴中，然后慢慢滴加等摩尔甲基磺酸的乙醇溶液，滴加完毕后搅拌反应12h。反应结束后加热旋转除去残余的甲基磺酸和水，并用丙酮洗涤多次，70℃真空干燥得到室温下为淡黄色油状液体[MDEA][CH3SO3]。
4)将等摩尔N-甲基二乙醇胺加入到装有乙醇的圆底烧瓶中置于冰浴中，然后慢慢滴加等摩尔三氟磺酸的乙醇溶液，滴加完毕后搅拌反应12h。反应结束后加热旋转除去残余的三氟磺酸和水，并用丙酮洗涤多次，70℃真空干燥得到室温下为淡黄色油状液体[MDEA][CF3SO3]。
5)将等摩尔N,N-二甲基乙醇胺加入到装有乙醇的圆底烧瓶中置于冰浴中，然后慢慢滴加等摩尔硝酸的乙醇溶液，滴加完毕后搅拌反应12h。反应结束后加热旋转除去残余的硝酸和水，并用丙酮洗涤多次，70℃真空干燥得到室温下为棕黄色油状液体[DMEA][NO3]。
6)将等摩尔三乙醇胺加入到装有乙醇的圆底烧瓶中置于冰浴中，然后慢慢滴加等摩尔硝酸的乙醇溶液，滴加完毕后搅拌反应12h。反应结束后加热旋转除去残余的硝酸和水，并用丙酮洗涤多次，70℃真空干燥得到室温下为棕黄色油状液体[TEA][NO3]。
实施例2
1)在内径为2.00cm的自制吸收瓶中，加入3.00g实施例1中2)所合成的[MDEA][NO3]，然后通入NH3，气体流量为140ml/min，温度为30℃，压力为0.10MPa，间隔一定时间称取吸收瓶重量直至质量不再变化，约30min吸收达到平衡。计算得到该离子液体对NH3吸收量为0.181gNH3/gsolvent。
2)在内径为2.00cm的自制吸收瓶中，加入3.00g实施例1中2)所合成的[MDEA][NO3]，然后通入NH3，气体流量为140ml/min，温度为40℃，压力为0.10MPa，间隔一定时间称取吸收瓶重量直至质量不再变化，约30min吸收达到平衡。计算得到该离子液体对NH3吸收量为0.163gNH3/gsolvent。
实施例3
在内径为2.00cm的自制吸收瓶中，加入3.00g实施例1中1)所合成的[MDEA][Cl]，然后通入NH3，气体流量为140ml/min，温度为40℃，压力为0.10MPa，间隔一定时间称取吸收瓶重量直至质量不再变化，约30min吸收达到平衡。计算得到该离子液体对NH3吸收量为0.090gNH3/gsolvent。
实施例4
在内径为2.00cm的自制吸收瓶中，加入3.00g实施例1中3)所合成的[MDEA][CH3SO3]，然后通入NH3，气体流量为140ml/min，温度为40℃，压力为0.10MPa，间隔一定时间称取吸收瓶重量直至质量不再变化，约30min吸收达到平衡。计算得到该离子液体对NH3吸收量为0.080gNH3/gsolvent。
实施例5
在内径为2.00cm的自制吸收瓶中，加入3.00g实施例1中4)所合成的[MDEA][CF3SO3]，然后通入NH3，气体流量为140ml/min，温度为40℃，压力为0.10MPa，间隔一定时间称取吸收瓶重量直至质量不再变化，约30min吸收达到平衡。计算得到该离子液体对NH3吸收量为0.161gNH3/gsolvent。
实施例6
在内径为2.00cm的自制吸收瓶中，加入3.00g实施例1中5)所合成的[DMEA][NO3]，然后通入NH3，气体流量为140ml/min，温度为40℃，压力为0.10MPa，间隔一定时间称取吸收瓶重量直至质量不再变化，约30min吸收达到平衡。计算得到该离子液体对NH3吸收量为0.152gNH3/gsolvent。
实施例7
在内径为2.00cm的自制吸收瓶中，加入3.00g实施例1中6)所合成的[TEA][NO3]，然后通入NH3，气体流量为140ml/min，温度为40℃，压力为0.10MPa，间隔一定时间称取吸收瓶重量直至质量不再变化，约30min吸收达到平衡。计算得到该离子液体对NH3吸收量为0.174gNH3/gsolvent。
实施例8
在内径为2.00cm的自制吸收瓶中，加入3.00g实施例1中2)所合成的[MDEA][NO3]，然后通入NH3，气体流量为140ml/min，温度为40℃，压力为0.10MPa，间隔一定时间称取吸收瓶重量直至质量不再变化，约30min吸收达到平衡。吸收完毕后，通入N2，流量为140ml/min，解吸温度为80℃，解吸约30min吸收的NH3几乎完全释放出来。按照上述步骤，连续循环吸收-解吸10次，该离子液体对NH3的吸收性能基本保持稳定，具体结果如表1所示。
表1醇胺类离子液体十次循环吸收-解吸NH3的实验结果

Claims (4)

1.一种利用醇胺类离子液体高效吸收氨气的方法，其特征在于以醇胺类离子液体为吸收剂，利用质子氢和醇羟基与NH3分子间的多位点氢键作用实现对NH3高效吸收，采用加热或减压方式进行NH3解吸和吸收剂再生，其中所述醇胺类离子液体结构通式如下：
其中阳离子上R1为CH3或CmH2mOH(m为整数，2≤m≤4)；R2为CnH2nOH(n为整数，2≤n≤4)，R3为CkH2k+1或CkH2k+1OH(k为整数，1≤k≤3)；所述质子型离子液体的阴离子X为Cl-，NO3 -，CH3SO3 -,CF3SO3 -,HSO4 -，H2PO4 -，R4COO-(R4为CtH2t+1，t为整数，0≤t≤3)。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于所述的醇胺类离子液体吸收氨气温度：10～100℃，吸收压力：1kPa～10MPa。
3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于所述的醇胺类离子液体可再生循环利用，再生条件：50～200℃，0.1kPa～1.0MPa。
4.根据权利要求1所述的方法，其特征在于所述的醇胺类离子液体适用于合成氨驰放气、尿素造粒塔的排放尾气、焦炉煤气、硝酸装置尾气、钼酸铵尾气等不同浓度的氨气吸收分离。
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Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN109745833A (zh) * 2019-03-07 2019-05-14 中国科学院过程工程研究所 一种高效分离回收氨气的羟基质子型离子液体吸收剂
CN110368782A (zh) * 2019-07-18 2019-10-25 华侨大学 一种利用氢键自组装型离子液体高效捕集氨气的方法
CN114471074A (zh) * 2022-02-22 2022-05-13 华侨大学 一种大分子-金属络合物在可逆捕集氨气中的应用

Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2007222847A (ja) * 2006-02-27 2007-09-06 Mitsubishi Materials Corp ガスの分離回収方法及びその装置並びにその分離回収に用いられる吸収液

Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2007222847A (ja) * 2006-02-27 2007-09-06 Mitsubishi Materials Corp ガスの分離回収方法及びその装置並びにその分離回収に用いられる吸収液

Non-Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
李志杰: "羟基功能化离子液体的合成及吸收氨气的研究", 《中国优秀硕士学位论文全文数据库 工程科技Ⅰ辑》 *

Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN109745833A (zh) * 2019-03-07 2019-05-14 中国科学院过程工程研究所 一种高效分离回收氨气的羟基质子型离子液体吸收剂
CN110368782A (zh) * 2019-07-18 2019-10-25 华侨大学 一种利用氢键自组装型离子液体高效捕集氨气的方法
CN114471074A (zh) * 2022-02-22 2022-05-13 华侨大学 一种大分子-金属络合物在可逆捕集氨气中的应用

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