一種一體化捕集分離H2S和/或CO2的複合型離子溶劑的製作方法

2023-04-26 22:35:06 2

本發明屬於石油化工材料技術領域，具體涉及一種從含有h2s和/或co2原料氣體中捕集分離硫化氫(h2s)和二氧化碳(co2)的複合型離子溶劑。

背景技術：

h2s和co2通常存在於天然氣、煉廠氣、合成氣等工業混合氣體中，在這些混合氣體被進一步處理或放空大氣之前，必須進行淨化處理這些酸性氣體。h2s是一種高度刺激氣體，存在於管道中會導致下遊的催化劑中毒、管道腐蝕，另外其排放會帶來嚴重環境問題。co2除了存在於上述氣流中，還大量產生於火力發電，冶金企業等領域中。co2引起的溫室效應已經嚴重影響了地球氣候變化。因此對h2s和co2進行捕集分離具有重要意義。目前，普遍採用的是用化學類溶劑醇胺來脫除h2s和co2，比如美國專利us4545965a，中國專利cn105344205a和cn101844035a等報導的乙醇胺、二乙醇胺、二異丙醇胺或者這些胺的複合胺來脫除h2s以及中國專利106563344a中報導的二乙醇胺活化劑吸收co2。但這類吸收溶劑解吸時損耗較大，溶劑降解形成的弱酸引起的腐蝕管道等問題無法避免。另外一類是物理性溶劑包括環丁碸，聚乙二醇二甲醚，低溫甲醇，以及英國專利gb1151575中提到的碳酸丙烯酯等，此類溶劑吸收h2s和co2普遍存在能力太小，解吸時溶劑有損耗，對設備也有一定程度腐蝕的問題。此外聚乙二醇二甲醚黏度太大，不利於常溫吸收；而甲醇具有毒性，低溫條件下能耗相對較高，因此需要開發環境友好，經濟高效的新型h2s和co2脫除溶劑。離子液體是由有機陽離子、無機或有機陰離子構成的，在室溫或者接近室溫條件下呈液體狀態的有機鹽類。由於其物理化學性質穩定，液程寬，揮發性低，溶解範圍廣，環境友好等特點受到了學術界和工業界的重視。近年來利用離子液體來捕集分離酸性氣體h2s和co2的研究工作得到了一些進展。h2s或co2可溶解在離子液體中，簡單加熱後氣體相對容易從離子液體中解吸出來，同時離子液體幾乎沒有損耗。離子液體的這些優點使得傳統有機胺脫除酸性氣體時造成的設備腐蝕等問題得到解決，但離子液體高昂的成本也限制了其工業應用。因此開發一種毒性小而且經濟性好的碳酸丙烯酯溶劑和離子液體復配得到的複合型離子溶劑來脫除酸性氣體h2s和co2，此複合型離子溶劑可有望解決碳酸丙烯酯溶劑吸收能力小的缺點，同時也可適當降低溶劑對設備腐蝕程度和溶劑經濟成本，使得兩種溶劑的優勢得到互補。

技術實現要素：

本發明旨在提供一類對含有h2s和co2的原料氣體吸收能力大，吸收速度快，再生損耗較小的複合型離子捕集分離溶劑。

本發明的複合型離子捕集分離溶劑為碳酸丙烯酯和一種或多種咪唑類離子液體的混合溶劑，其成分和配方按質量分數計算分別為：碳酸丙烯酯為20％-80％，咪唑類離子液體為20％-80％。

本發明中的複合型離子捕集分離溶劑可在溫度10～70℃，壓力0～2.0mpa的條件下捕集分離h2s和co2。

本發明中的咪唑類離子液體的陽離子為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；陰離子為四氟硼酸根或六氟磷酸根，但不僅限於上述陽離子和陰離子。

含有h2s和/或co2的原料氣體包括煙道氣、合成氣、變換氣和天然氣等工藝氣體。

本發明的複合型離子溶劑具有如下顯著特點：捕集分離h2s和co2能力大，經濟性好，粘度低，解吸能耗低，能在較高溫度，較大壓力的條件下捕集分離h2s和co2，在降低溶劑對設備腐蝕程度的同時也在一定程度上降低了捕集分離溶劑的損耗。

具體實施方式

下面結合實施例對本發明作詳細描述，需要指出的是以下實施例不能限制本發明的保護範圍。

實施例1

選擇本發明中的碳酸丙烯酯(pc)與離子液體([bmim][bf4])，按一定質量配比混合，置於高壓反應釜內，抽真空後通入一定量的h2s氣體，開啟攪拌器，攪拌轉速為400r/min。在溫度範圍30-60℃，壓力範圍0-1mpa的反應釜內進行h2s吸收實驗，當每一個數據點保持1小時不變時的壓力視為平衡壓力(下同)，結果見表1。由表1可看出：在相同溫度和壓力下，純碳酸丙烯酯吸收h2s的能力最弱，純[bmim][bf4]的吸收能力最強。在相同實驗條件下混合溶劑吸收h2s的能力隨[bmim][bf4]含量的增加而增加。在相同溶劑組成和平衡壓力的實驗條件下，混合溶劑吸收h2s的能力隨溫度升高而下降。在相同溫度和溶劑組成的實驗條件下，混合溶劑吸收h2s的能力隨平衡壓力升高而升高(例如在40℃，溶劑組成為20％[bmim][bf4]+80％pc的實驗條件)。

表1h2s在碳酸丙烯酯和離子液體[bmim][bf4]複合溶劑中的溶解度

溶解摩爾分數計算公式：xi＝ng/(ng+nl)(下同)

式中：xi為h2s氣體在溶劑中的摩爾分數；nl為注入反應釜內中溶劑的物質量，mol；ng為溶劑中所含h2s物質的量，mol。

實施例2

選擇本發明中的碳酸丙烯酯(pc)與離子液體([hmim][bf4])，按一定質量配比混合，置於高壓反應釜內，抽真空後通入一定量的h2s氣體，開啟攪拌器，攪拌轉速為400r/min。在溫度範圍30-60℃，操作壓力0-1mpa的反應釜內下進行h2s吸收實驗，結果見表2。由表2可看出：在相同溫度和壓力下，純碳酸丙烯酯吸收h2s的能力最弱，純[hmim][bf4]的吸收能力最強(大於表1中純[bmim][bf4]的吸收能力)。在相同實驗條件下混合溶劑吸收h2s的能力隨著[hmim][bf4]含量的增加而提高。在相同溶劑組成和平衡壓力的實驗條件下，混合溶劑吸收h2s的能力隨溫度升高而下降。在相同溫度和溶劑組成的實驗條件下，混合溶劑吸收h2s的能力隨平衡壓力升高而升高(例如在30℃，溶劑組成為20％[hmim][bf4]+80％pc的實驗條件)。

表2h2s在碳酸丙烯酯和離子液體[hmim][bf4]複合溶劑中的溶解度

實施例3

選擇本發明中的碳酸丙烯酯(pc)與離子液體([omim][bf4])，在溫度範圍30-60℃，操作壓力0-1mpa的反應釜內下進行h2s吸收實驗，結果見表3。由表3可看出：在相同溫度和壓力下，碳酸丙烯酯吸收h2s的能力最弱，[omim][bf4]的吸收能力最強(大於表2中純[hmim][bf4]的吸收能力)。在相同實驗條件下混合溶劑吸收h2s的能力隨著[omim][bf4]含量的增加而提高。在相同溶劑組成和平衡壓力的實驗條件下，混合溶劑吸收h2s的能力隨溫度升高而下降。在相同溫度和溶劑組成的實驗條件下，混合溶劑吸收h2s的能力隨平衡壓力升高而升高(例如在60℃，溶劑組成為20％[omim][bf4]+80％pc的實驗條件)。

表3h2s在碳酸丙烯酯和離子液體[omim][bf4]複合溶劑中的溶解度

實施例4

選擇本發明中的碳酸丙烯酯(pc)與離子液體([bmim][pf6])，在溫度範圍30-60℃，操作壓力0-1mpa的反應釜內下進行h2s吸收實驗，結果見表4。從表4可看出：在相同溫度和壓力下，純碳酸丙烯酯吸收h2s的能力最弱，純[bmim][pf6]的吸收能力最強(接近表1中純[bmim][bf4]的吸收能力)。在相同溶劑組成和平衡壓力的實驗條件下，混合溶劑吸收h2s的能力隨溫度升高而下降。在相同溫度和溶劑組成的實驗條件下，混合溶劑吸收h2s的能力隨平衡壓力升高而升高(例如在50℃，溶劑組成為20％[bmim][pf6]+80％pc的實驗條件)。

表4h2s在碳酸丙烯酯和離子液體[bmim][pf6]複合溶劑中的溶解度

實施例5

選擇本發明中的碳酸丙烯酯(pc)與離子液體([omim][bf4])，在溫度30-60℃，操作壓力0-1mpa的反應釜內下進行co2吸收實驗，結果見表5。由表5可看出：在相同溫度和壓力下，碳酸丙烯酯吸收co2的能力最弱，[omim][bf4]的吸收能力最強。在相同實驗條件下混合溶劑吸收co2的能力隨著[omim][bf4]含量的增加而提高。在相同溶劑組成和平衡壓力的實驗條件下，混合溶劑吸收co2的能力隨溫度升高而下降。在相同溫度和溶劑組成的實驗條件下，混合溶劑吸收co2的能力隨平衡壓力升高而升高(例如在30℃，溶劑組成為20％[omim][bf4]+80％pc的實驗條件)。

表5co2在碳酸丙烯酯和離子液體[omim][bf4]複合溶劑中的溶解度

溶解摩爾分數計算公式：xi＝ng/(ng+nl)；其中xi為co2氣體在溶劑中的摩爾分數；nl為注入反應釜內中溶劑的物質量，mol；ng為溶劑中所含co2物質的量，mol。

上述實施例對本發明的技術方案進行了詳細說明。顯然，本發明並不局限於所描述的實施例。基於本發明中的實施例，熟悉本技術領域的人員還可據此做出多種變化，但任何與本發明等同或相類似的變化都屬於本發明保護的範圍。