[发明专利]用于吸收酸性气体的含胺基离子液体及其制备方法与应用

说明书

技术领域

本发明是关于化工领域中一种含胺基的功能化离子液体及其制备方法与应用，特别是利用该含胺基离子液体吸收酸性气体或者进行含酸气体脱酸净化的方法。

背景技术

天然气、炼厂气、油田伴生气、沼气、煤层气、煤气、合成气等往往含有CO₂、H₂S等酸性气体，这些酸性气体的存在对气体的后续加工和利用都会产生不良的影响，因此需要对其进行脱酸处理。此外，烟气、机动车尾气等一般含有CO₂、SO₂等酸性气体，这些酸性气体会污染空气，并导致温室效应，因此在排放前需要脱除SO₂，或者是将CO₂等收集并封存。酸性气体的吸收及脱除在工业生产、家居利用、环境改善、大气保护等方面均有着及其重要的意义。

目前，醇胺法是工业生产中广泛应用的气体脱酸方法。该方法以有机醇胺(例如一乙醇胺MEA、二乙醇胺DEA、二异丙醇胺DIPA、N-甲基二乙醇胺MDEA等)的水溶液作为吸收剂，用于CO₂、H₂S、SO₂等酸性气体的吸收。醇胺溶液对酸性气体有着较大的吸收能力，常温常压下每摩尔醇胺能吸收CO₂、SO₂或H₂S约0.5摩尔。尽管醇胺法具有净化纯度高、烃类吸收少、工业经验丰富等优点，但是醇胺本身具有一定的挥发性，在使用过程中会因为挥发而对需要净化的气体造成二次污染，并造成环境污染和吸收剂损失。

离子液体是由阴阳离子构成的且在常温附近呈液态的盐类，是一种新兴的溶剂、反应介质和催化剂。离子液体具有不挥发、离子结构可设计、液态存在温度范围宽、稳定性好、环境友好等优点，在萃取分离、催化反应、气体吸收等方面有着广阔的应用前景。离子液体用作酸性气体的吸收剂，可以弥补传统醇胺挥发的缺点，不会污染需要净化的气体和环境，不会因为挥发而造成吸收剂损失。目前，已有一些研究者在离子液体吸收酸性气体方面进行了有益的探索。

US20060251558A1报道用丁基甲基咪唑四氟硼酸盐([bmim]⁺[BF₄]^-)和丁基甲基咪唑乙酸盐([bmim]⁺[CH₃COO]^-)两种离子液体的水溶液吸收CO₂，在吸收温度24℃、CO₂分压0.3MPa、水含量14％时，CO₂在丁基甲基咪唑乙酸盐离子液体中的平衡吸收量接近0.25mol/mol离子液体；在吸收温度24℃、CO₂分压0.7MPa、水含量0.2％时，CO₂在丁基甲基咪唑四氟硼酸盐离子液体中的平衡吸收量接近0.10mol/mol离子液体；该类离子液体对CO₂的吸收能力远小于传统的醇胺吸收剂。

Eleanor D.Bates等(J.Am.Chem.Soc.，2002，124(6)：926-927)报道用[1-丁基-3-(1-胺基丙基)咪唑]四氟硼酸盐离子液体吸收CO₂，在常温常压下吸收3h，CO₂在离子液体中的吸收量接近0.5mol/mol离子液体，其吸收能力与传统的一乙醇胺、二异丙醇胺等传统吸收剂的吸收能力相当，但是该离子液体的粘度大，合成成本高。

CN1709553A报道了以氨基酸为阴离子的离子液体，可用于CO₂的吸收，常温常压下CO₂在离子液体中的吸收量可达0.5mol/mol离子液体。

WO2008/123651A1公开了用烷基咪唑盐、烷基吡咯盐、烷基哌啶盐、烷基吡啶盐、烷基吗啉盐离子液体吸收SO₂，发现烷基咪唑盐的吸收效果远优于其它四类离子液体。30℃附近，SO₂在咪唑盐离子液体中的最佳吸收量接近1.7mol/mol离子液体；该类离子液体合成步骤复杂，成本高，粘度大，限制了其应用。

Jun Huang等(Chem.Commun.，2006，4027-4029)报道用1，1，3，3-四甲基胍为阳离子的离子液体吸收SO₂，20℃时SO₂在离子液体中的吸收量达到1.6mol/mol离子液体；该类离子液体的成本高，限制了其应用范围。