[发明专利]一种吗啉类铁基离子液体及在脱除气体中硫化氢中的应用

说明书

本发明涉及一种吗啉类铁基离子液体及在脱除气体中硫化氢中的应用。本发明构建了以吗啉类铁基离子液体或者吗啉类铁基离子液体‑有机溶剂为吸收剂的脱硫体系。同其它铁基离子液体相比，不仅具备绿色环保、可循环利用等优点，且同时具备价格低廉，粘度较低和硫容大的优势，从而提高了吸收效率，降低了生产成本，易于实现工业化。

技术领域

本发明涉及一种以吗啉类铁基离子液体为吸收剂脱除气体中硫化氢的方法，此类铁基离子液体的阳离子为溴化N-甲基吗啉类衍生物。此类铁基离子液体同时具备价格低廉和粘度低两大优点。

技术背景

硫化氢是一种无色有毒有害的酸性气体，在常见的大型工业生产中，例如燃气制造、合成氨工业、煤气化、污水处理和造纸厂等，都会产生这种有害气体。接触过量硫化氢会造成脱发失明等现象，严重时甚至危及生命。如果生产物料中硫化氢过量会引起金属管道、设备腐蚀、产品质量下降以及昂贵的催化剂失活等现象，极大的增加了工业生产的运营成本。若排放的废气中硫化氢的含量超标则会引起酸雨与环境污染，给本就脆弱的生态环境的维持增加压力。因此，无论是从人类健康，工业生产还是生态环境考虑，都必须进行严格的脱硫处理。

现有的硫化氢脱除方法主要可分为干法脱硫和湿法脱硫两大类。干法脱硫的脱硫精度较高，但只能适应于含硫量低气体流量小的情况下，因此对大型工业例如煤气化、天然气合成等大气量的工业生产无法高效的应用。湿法脱硫是一种高容量的脱硫方法，能够适应于上述的大气量工艺生产过程中硫化氢的脱除。湿法脱硫又可以分为湿法吸收法和湿法氧化法。湿法氧化法的脱硫产物回收简单，且大多数的脱硫溶剂可以循环使用，所以在工业生产中应用较为广泛，传统的湿法氧化法脱硫溶液在脱硫过程中都会产生副盐，会造成环境污染，为维持吸收剂原有的脱硫效率，需要不断的补充吸收剂，因此增加二次处理成本。

离子液体(ionic liquids)又称为室温离子液体，由不对称的有机阳离子和有机或无机阴离子组成。目前大量的研究表明，离子液体蒸气压低，不挥发，无污染，溶解能力强，稳定性强，结构可调节，回收简单，是一种环保绿色型新型溶剂。铁基离子液体则为阴离子为FeCl₄ˉ的离子液体，一般可以通过有机盐类和无水FeCl₃或者FeCl₃·6H₂O在N₂环境中充分混合合成。铁基离子液体具有Bronsted酸性，这使得脱硫过程中不会产生副盐，大大减少了对环境的污染。

中国专利CN102020248A中提出了一类阳离子为咪唑类的铁基离子液体用于硫化氢的脱除，专利指出咪唑类的铁基离子液体的硫化氢脱除效率可达90％以上。咪唑类的铁基离子液体粘度低，脱硫效率高，但是咪唑类阳离子价格较贵，不适于大规模的工业化生产。李佳璠文献“有机相中铁盐增溶调控及其氧化脱硫性能研究”选用了氯化三乙胺为阳离子的铁基类离子液体来探究硫化氢的脱除性能，结果表明此类阳离子的铁基离子液体具有良好的硫化氢脱除能力，但是其粘度较大(20℃时的粘度范围为350-650mPa·s)这一特征阻碍了其更进一步的工业应用。

发明内容

本发明的目的在于克服现有铁基离子液体的价格昂贵和粘度大的缺点，提出一种吗啉类铁基离子液体，阳离子为溴化N-烷基吗啉类吗啉类阳离子，阴离子为四氯化铁，氯化铁和溴化烷基吗啉的摩尔比为0.5～3.5:1。此类铁基离子液体除了具备铁基离子液体特有的无副产物、绿色环保、可氧化再生等特性之外，还同时具备原料价格便宜，粘度较低和硫容大的优点，使铁基类离子液体向大型工业化脱硫应用有了更多的可能性。

优选的是：所述吗啉类铁基离子液体20℃时粘度为30～130mPa·s，产品含水量不超过100ppm。

优选的是：所述氯化铁是指无水三氯化铁；溴化N-烷基吗啉是指溴烷烃改性的N-烷基吗啉类衍生物，N-烷基吗啉包括但不局限于N-甲基吗啉、N-乙基吗啉、N-丁基吗啉，溴烷烃包括但不局限于溴代丁烷、溴代己烷、溴代辛烷、溴代十二烷。