[发明专利]一类阴离子含双Lewis碱官能团的离子液体化合物及其制法和用途

说明书

技术领域

本发明涉及阴离子一类阴离子同时含有羧酸根和叔胺两种Lewis碱官能团的功能化离子液体；本发明还涉及将此类离子液体用于选择性脱除硫化氢的用途。 

背景技术

硫化氢（H₂S）是一种广泛存在于天然气、合成气、煤气化气以及加氢脱硫气中的剧毒腐蚀性气体。硫化氢的脱除对于能源的安全利用来说至关重要。脱除后的硫化氢解吸出来后再经硫磺回收工艺（如Claus工艺）可转化为硫磺，以便安全存储并加以有效利用。而在这些管道气中除甲烷和氮气等惰性气体外，通常也含有大量的二氧化碳（CO₂），因此，从高CO₂/H₂S比的管道气中选择性脱除H₂S对于提高H₂S分离效率及后续工艺的效率来说具有极其重要的意义。 

工业上通常使用叔胺（如MDEA，DIPA）或位阻胺（如TBE，TBEE）水溶液来从高CO₂/H₂S比的管道气中选择性脱除H₂S。但使用有机胺水溶液存在许多缺陷，如：有机胺易挥发，会产生挥发性有机化合物（VOC）而污染环境；有机胺易降解变质，对设备腐蚀严重；吸收剂中含有大量水，水汽易被带入净化气和解吸气中，且水的潜热大，升温解吸过程能耗高；更为重要的是，虽然叔胺水溶液吸收CO₂的速率很慢，但其对CO₂的平衡吸收容量却很高，导致溶液对H₂S的吸收容量降低，且H₂S脱除分离的选择性极度依赖于动力学条件的选择，这给过程设计带来很大的困难。因此，使用有机胺水溶液来选择性脱除H₂S并不是一种环境友好且节能高效的方法，且其过程设计应用也有诸多制约因素。 

离子液体是近年来兴起的一种新型“绿色溶剂”，它是一种在室温或100℃内呈液态，且由有机阴阳离子组成的有机熔融盐。离子液体具有挥发性极低、熔点低、热稳定性高及溶解能力强等优点。许多研究表明，离子液体对酸性气体具有良好的吸收性能，相对惰性气体的分离选择性高，且离子液体的几乎不挥发性可以有效避免气体吸收过程中的汽液交叉污染所带来的一系列环境问题。另外，相对于传统的水溶剂来说，离子液体的热容较低，也不会因挥发而消耗潜热，故吸收剂升温解吸再生过程所需的总能耗（包括显热和潜热两部分）就较低。因此，离子液体是一种高效、节能的新型绿色气体吸收剂。 

目前，对离子液体用于酸性气体吸收的研究主要集中在CO₂捕集与烟气脱硫领域，对于H₂S的脱除则关注较少。Jalili AH等测定了H₂S在一系列咪唑类普通离子液体中的溶解度（J.Chem.Eng.Data.2009,2010;J.Chem.Thermodyn.2009,2010;Fluid.Phase.Equlibr.2010;J.Phys.Chem.B.2012），中国专利CN101961598A也报道了一种用[CPL][TBAB]类离子液体吸收H₂S的方法。虽然H₂S在这些离子液体中的溶解度要大于CO₂，且远远大于N₂和CH₄等惰性气体，但H₂S的溶解度仍然很低，无法与有机胺相比，而且H₂S/CO₂吸收选择性也较低。开发既具有高H₂S吸收量，且H₂S/CO₂吸收选择性好的离子液体H₂S吸收剂对于推动将离子液体用于H₂S的选择性脱除具有重要意义。 

发明内容

为解决现有离子液体脱除H₂S技术中存在的问题，本发明提供一类阴离子同时含有弱Lewis碱性的羧酸根基团和叔胺基团的功能化离子液体，以及将其用于选择性脱除H₂S的方法。