[发明专利]一种离子液体活化热钾碱溶液和配置方法

说明书

一种离子液体活化热钾碱溶液，用于从反应循环气中脱除二氧化碳。采用由吸收剂碳酸钾重量浓度15%~35%、活化剂硼酸重量浓度2%~10%、活化剂离子液体0.5%~15%、腐蚀抑制剂硅酸钾或二氧化硅重量浓度0.04%~3%构成的水溶液，用于从气固相催化反应循环气如费托合成循环气、烯烃氧化制环氧烯烃反应循环气、合成气一步反应制烯烃反应循环气、醋酸乙烯反应循环气中脱除二氧化碳。本发明还提供了离子液体活化热钾碱溶液的配置方法。所述本发明同现有脱碳溶液相比，具有吸收解吸速率快、吸收容量大、溶剂再生彻底、抗氧能力强、烃损失少、溶液稳定性好等优势。可采用各种材质的设备如碳钢、不锈钢、复合钢等，用于各种反应循环气及不同气体组成的气体脱除二氧化碳。

技术领域

本发明属于气体净化技术领域，涉及一种离子液体活化热钾碱溶液和配置方法。

背景技术

对于单程不完全转化的气固相催化反应，如费托合成反应、乙烯在氧气作用下氧化为环氧乙烷、醋酸、乙烯和氧气反应生成醋酸乙烯等，反应后的气体中除含有一部分产品外，还含有未转化的原料气，因此工业上通常的做法是将这些气体脱除产品后循环压缩至反应器进口循环使用。部分反应过程会产生副产物CO₂，为防止CO₂在循环气中的积累，消耗压缩功及对催化剂活性造成不良影响，反应后的气体把合成产物分离后，需要将气体中CO₂脱除再由循环气压缩机送回反应器进口。

对于含有烃和氧气的反应循环气，选择脱碳溶液时既要考虑尽可能减少烃损失，又要抗氧化，不能与反应循环气中的有机组分反应。因此，在脱碳溶液的选择上就不能采用物理法，必须采用由无机体系构成的化学脱碳法。热碳酸钾工艺是工业上通常使用的反应循环气脱碳技术，由于纯碳酸钾溶液吸收速率较慢，实际应用的水溶液通常是添加了活化剂的活化热碳酸钾水溶液。

由于反应工艺的特殊性，要求出脱碳系统的净化气中不含或尽量少含有机成分，这就要求脱碳所采用的活化剂为无机活化剂或饱和蒸汽压极低的有机体系。现有反应循环气脱碳水溶液多采用的是硼酸或硼酸+钒盐的无机活化钾碱体系，然而此类无机活化钾碱体系的不足之处在于无机活化剂的活化性能较差，有时包含毒性大、价格昂贵的钒盐，因此急需开发替代活化钾碱体系，以降低吸收液的毒性、提高反应速率。

离子液体是常温范围内完全由阴阳离子组成的熔融盐，具有极低的挥发性、良好的热稳定性和化学稳定性、阴阳离子的可设计性，可用作潜在的热钾碱体系的活化剂。由于离子液体包含由有机官能团，为钾碱体系的高效催化提供了活性位点，同时极低的饱和蒸汽压及热稳定性为其作为热钾碱体系的活化剂奠定了基础。

Jacauemin等人采用1-丁基-3-甲基咪唑四氟硼酸盐在接近于常压下对CO2具有较高的吸收能力（Jacquemin J, et al. The Journal of Chemical Thermadynamics,2006, 38(4): 490-502），Xue等人采用1-氨基乙基-2,3-二甲基咪唑牛磺酸盐对CO2吸收效果可达0.9 mol CO2/mol [离子液体](Xue Z, et al. International Journal ofGreenhouse Gas Control, 2011, 5(4): 628-633)。有学者采用咪唑类离子液体、氨基功能化离子液体、聚合物离子液体、季磷盐-磺酸盐类离子液体水溶液对CO₂的吸收效果进行了研究，发现功能化离子液体和聚合物类离子液体吸收CO₂能力较强(Zhang S, et al.Journal of Chemical and Engineering Data, 2005, 50(5): 1582-1585)。以上对离子液体吸收CO2的研究促使学者将离子液体与热钾碱体系结合起来，采用离子液体活化热钾碱体系从烟道气中捕集CO₂，取得了不错的效果（谢佳林. 氨基酸类离子液体-碳酸钾水溶液碳捕集与腐蚀特性研究. 华北电力大学博士学位论文，2019）。

但是离子液体本身粘度较大、价格昂贵，完全采用离子液体作为活化剂经济上是无法承受的。