[发明专利]应用羟烷基取代的哌嗪酮从气流中除去二氧化硫的方法

说明书

对于居民和工业使用的天然气在燃烧前的纯化，以及对于燃煤工业中的烟道气的净化来说，从气流中除去含硫气体都是很重要的。现在仍然广泛用的一种方法是熟知的石灰石洗涤法。此法的缺点是必须处理产生的大量的固体废物。已提出了许多化合物来作为吸收剂，其中有些是对H₂S或CO₂具有选择性。而另一些吸收剂则能够以很高的百分比除去待处理的气流中存在的所有酸性气体。在最近的美国专利4，366，134中公开了一种体系，此体系使用柠檬酸钾或柠檬酸钠，来选择性地从气流中除去SO₂。在另一较新的专利，即美国专利4，530704，中，从气流中除去SO₂的方法是，使含有SO₂的气流与一种哌嗪酮，吗啉酮或其N-烷基取代的衍生物的水溶液接触，譬如N，N′-二甲基-2-哌嗪酮。此专利所使用的每种化合物，都可以用常规的汽提法加以再生。

现已发现一种从气流中吸收SO₂的改进方法，此方法使用羟烷基-2-哌嗪酮作为吸收剂，从而提高了对SO₂的回收。

本发明是从含有SO₂的气流中除去SO₂的方法，此气流还可以含有通常与烃气流或燃烧气体有关的共存在的其它气体，此方法是使用一种N-羟烷基-2-哌嗪酮或一种它的烷基或芳基取代的衍生物的水溶液，作为对SO₂的吸收剂。

在从气流中除去SO₂时，用作吸收剂的化合物为下式所示的4-（2-羟烷基）-2-哌嗪酮：

式中，R是氢或具有1个或2个碳原子的烷基，R₁是氢，具有1-6个碳原子的烷基或芳基或具有6-12个碳原子的芳烷基，和R₂是氢、烷基或具有1-6个碳原子的羟烷基或芳基或具有6-12个碳原子的芳烷基。

适合的4-（2-羟烷基）-2-哌嗪酮计有：4-（2-羟基乙基）-2-哌嗪酮、4-（2-羟乙基）-1-甲基-2-哌嗪酮、4-（2-羟乙基）-3-甲基-2-哌嗪酮、4-（2-羟乙基）-5-甲基-2-哌嗪酮、3-乙基-4-（2-羟乙基）-2-哌嗪酮、3-乙基-4-（2-羟乙基）-2-哌嗪酮、6-乙基-4-（2-羟乙基）-2-哌嗪酮、4-（2-羟乙基）-5，6-二甲基-2-哌嗪酮、1-乙基-4-（2-羟乙基）-2-哌嗪酮、4-（2-羟乙基）-3-苯基-2-哌嗪酮、1，4-双（2-羟乙基）-2-哌嗪酮、4-（2-羟丙基）-2-哌嗪酮、4-（2-羟丁基）-2-哌嗪酮、和4-（2-羟丙基）-6-甲基-2-哌嗪酮。

为减少再生时吸收剂随SO₂一起损失，最好是使用高沸点的吸收剂。本发明的化合物，比美国专利4，530，704的为同一目的所使用的N，N′-二烷基-2-哌嗪酮，具有高得多的沸点。例如同在一大气压下，N，N′-二甲基-2-哌嗪酮的沸点为241℃，而4-（2-羟乙基）-2-哌嗪酮的沸点为450℃。据认为较高的沸点是由于在加热期间生成了二聚物，当然在再生步骤中也可能发生。

本发明的化合物是以水溶液的形式使用，其浓度为从0.1摩尔，直到它们在水中的饱和浓度。使用后，吸收剂溶液可以加热再生，如向溶液中通蒸汽，并循环再在吸收步骤中应用。吸收操作的温度可以从0-120℃，但最好从5-95℃。

可使用一个大气压左右至3个大气压的压力，但最好的和适宜使用的是一个大气压。较高的温度和压力并非有害，只是可能需要对设备的设计加以改进。

待处理的气流中SO₂的浓度可以在10ppm至45%（体积）的范围内变化。

本发明所使用的化合物的制备方法是，使适合的2-哌嗪酮或其取代的衍生物与环氧乙烷或2-氯乙醇反应。此制备方法的改进是，使N-羟烷基亚烷基二胺与乙二醛或取代的乙二醛反应。

以下的实施例说明本发明方法的吸收剂的应用。

实施例1

将乙二醛的30%水溶液与2[（2-氨乙基）-氨基]乙醇的70%水溶液的反应产物，在100℃温度和高真空下，在一旋转蒸发器中浓缩。将所得产物（75%4-（2-羟乙基）-2-哌嗪酮）在真空下蒸馏。将淡黄-褐色液体馏分溶于1-丙醇中，并在70℃和最终压力＜5mmHg下，蒸馏以除去水-丙醇共沸物。将产物溶于乙腈溶液中。然后冷却至4℃使其沉淀，过滤和最后从丙醇中结晶，得到白色产物（熔点59.5-60℃，沸点450℃）。毛细气相色谱分析表明此白色晶体是纯度为99+%的4-（2-羟乙基）-2-哌嗪酮。

实施例2