賈桂華，陳 豪，王佳紅

（重慶科技學(xué)院化學(xué)化工學(xué)院，重慶 401331）

一種新型天然氣脫硫離子液體的探究

賈桂華，陳 豪，王佳紅

（重慶科技學(xué)院化學(xué)化工學(xué)院，重慶 401331）

離子液體作為一種新型的綠色溶劑，在不斷研究與發(fā)展下，在工業(yè)實(shí)驗(yàn)與加工中取得了一定的應(yīng)用成效。隨著近年來市場制度的深入改革以及“環(huán)境保護(hù)、綠色建設(shè)、低碳生活”等理念的提出與推廣，離子液體的研究與應(yīng)用迎來了全新的發(fā)展機(jī)遇?；诖?，對離子液體進(jìn)行了研究，以供參考。

離子液體；脫硫；環(huán)境保護(hù)；實(shí)驗(yàn)研究

Abstract：Ionic liquid is a new green solvent.With continuous research and development，some achievements have been achieved in industrial test and processing.With the deepening of the market system in recent years，and the “environmental protection，green construction，low-carbon life” and other ideas put forward and promoted，the research and application of ionic liquids ushered in a new opportunity for development.Based on this，the ionic liquids have been studied for reference.

Key words：ionic liquid；desulfurization；environmental protection；experimental study

1 研究現(xiàn)狀及發(fā)展趨勢

1.1 傳統(tǒng)脫硫工藝技術(shù)現(xiàn)狀與不足

我國天然氣凈化有50多年的時(shí)間，經(jīng)常使用包括醇氨法、砜氨法，氧化還原法、吸附法等多種脫硫工藝。在中、低含硫天然氣脫硫凈化中積累了相當(dāng)豐富的經(jīng)驗(yàn)。通常考慮技術(shù)成熟，投資相對適中，操作方便的方法。二氧化硫排放受到了越來越嚴(yán)格的限制，最新標(biāo)準(zhǔn)達(dá)到200mg/m3。這給石化企業(yè)帶來巨大環(huán)保壓力，必須通過技術(shù)改進(jìn)，才能達(dá)到滿足排放要求。

1.2 離子液體技術(shù)發(fā)展現(xiàn)狀

離子液體主要是指：在近室溫或室溫的條件下，以液體形態(tài)存在的一種“有機(jī)熔鹽”，因此離子液體又被稱為“低溫熔融鹽”。由離子液體的名稱可知，其組成結(jié)構(gòu)為“離子”，通常情況下呈“液體”。據(jù)有關(guān)實(shí)驗(yàn)分析，離子液體具有低蒸氣壓、不揮發(fā)、低熔點(diǎn)、導(dǎo)電和導(dǎo)熱性良好、熱熔性與穩(wěn)定性高、溶解力和選擇性強(qiáng)的特點(diǎn)。

據(jù)文獻(xiàn)資料整合與分析可知，目前國內(nèi)外對離子液體尤其是離子液體脫硫效果的研究已經(jīng)取得一定成效。例如，BASF公司于2003年在對離子液體研究的基礎(chǔ)上，實(shí)現(xiàn)了離子液體應(yīng)用的規(guī)?；l(fā)展，推動了離子液體在工業(yè)領(lǐng)域中的產(chǎn)業(yè)化、規(guī)?；瘧?yīng)用；Mochizuki（2008）在對離子液體結(jié)構(gòu)研究中，表明在既定條件下增大“咪唑環(huán)取代基”可有效提升離子液體的脫硫性能；國內(nèi)學(xué)者周瀚成、石峰（2005）等在“離子液體萃取脫硫新工藝的研究”中提出：改變離子液體中的陰陽離子結(jié)構(gòu)，可在一定程度上強(qiáng)化離子液體推流性能；何義以鐵基離子液體為脫硫劑，進(jìn)行非水相濕法氧化脫硫?qū)嶒?yàn)研究中，得出在酸性條件下，鐵劑離子液體具有一定的疏水性、氧化性、穩(wěn)定性，可實(shí)行工業(yè)液體的脫硫功效。

2 離子液體脫硫劑的研究

隨著人們對離子液體綠色脫硫機(jī)理的深入研究，離子液體脫硫劑呈現(xiàn)出多元化發(fā)展態(tài)勢。不同陰、陽離子的變換與組合形成了不同功效的離子液體綠色脫硫劑。其配置方法大致可分為直接合成和間接合成兩類。其中直接合成法只要是基于一定物化學(xué)反應(yīng)基礎(chǔ)上，通過直接萃取、離子液體氧化-萃取等方式得有實(shí)現(xiàn)的；間接合成法則是借助季銨化反應(yīng)、酸堿中和反應(yīng)、以及電解反應(yīng)記性逐層提取與轉(zhuǎn)化，形成離子液體脫硫劑。

3 增加脫硫劑硫容含量的實(shí)驗(yàn)研究

3.1 原料中不同配方的影響

由于原料中含有鐵系的氧化物會對H2S的吸收能力大大改善，但研究發(fā)現(xiàn)加入不同物質(zhì)的量的不同鐵系的氧化物會有著很大區(qū)別，一系列的實(shí)驗(yàn)表示15%的黏合劑及3%的添加劑所達(dá)到的效果是各種配比中最好的。它產(chǎn)生的脫硫劑吸硫增重率是最高的，而且解吸率是最快的，同時(shí)抗壓碎強(qiáng)度也達(dá)到一個(gè)相對較高值。

3.2 原料中硫化氫的相對含量影響

在相同條件下，如果原料中硫化氫的相對含量逐漸增加，研究顯示脫硫性能會相對降低，然而降低的幅度在一定范圍內(nèi)，顯示出這種脫硫劑具有很好的脫硫能力。

3.3 環(huán)境溫度的影響

氧化鐵的脫硫效果和溫度的波動有很大的關(guān)系，然而不同特點(diǎn)的脫硫劑相對適宜的溫度范圍差別也比較大，一般最佳溫度在40℃左右。在常溫下氧化鐵的使用多數(shù)都是在露天環(huán)境中，因此有時(shí)也會受到季節(jié)的影響，而在這種條件下一般最好的操作溫度是在20℃左右。

3.4 含有水蒸氣含量的影響

實(shí)驗(yàn)表明，在其他條件都相同的情況下，如果水蒸氣含量相對較低，則有利于水解反應(yīng)的發(fā)生，從而在一定程度上提高了硫容的含量；反之當(dāng)水蒸氣含量過高，將產(chǎn)生水蒸氣吸附作用，致使二氧化硫分子與堿性活性中心不能正常的吸附和結(jié)合，這樣會使脫硫活性降低到21%左右。

4 離子液體工藝展望

離子液體在工藝上克服了其他脫硫劑耗量大、無法回收利用、吸收效能差，能耗偏高，不穩(wěn)定，易引發(fā)安全事故或帶來二次環(huán)境污染等問題。污水排放很少，對環(huán)境影響小，運(yùn)行過程中無“三廢”產(chǎn)生。工藝相對簡單，操作容易，人工成本較低，運(yùn)行成本也較低。對公用工程依托程度低，適合偏遠(yuǎn)單井脫硫。硫磺產(chǎn)品純度高，可直接用作化工原材料。

然而要想真正將離子液體適用的催化反應(yīng)推廣到工業(yè)化生產(chǎn)。仍舊面臨著諸多問題。①雖然可以通過精巧的構(gòu)思和設(shè)計(jì)來達(dá)到制造離子液體的目的，但如何在分子水平上實(shí)現(xiàn)對離子液體性能的控制。②如何透過個(gè)性差異的現(xiàn)象，證明離子液體優(yōu)于傳統(tǒng)的催化劑的特點(diǎn)。③如何解決離子液體高昂的成本及復(fù)雜的組成。④如何確定與其應(yīng)用密切相關(guān)的黏度、密度、穩(wěn)定性、腐蝕性、傳質(zhì)、傳熱、相變、流體力學(xué)等工藝設(shè)計(jì)的基本數(shù)據(jù)。因此，離子液體在開啟綠色環(huán)保的大門的同時(shí)，也開起了一項(xiàng)新的挑戰(zhàn)。

[1] 胡奧林.解讀天然氣利用政策[J].天然氣工業(yè)，2008，28（2）：157-159.

[2] 盧澤湘，袁霞.咪唑類離子液體的合成和光譜表征[J].化學(xué)世界，2005，（3）：148-150.

Research on a New Type of Natural Gas Desulfurization Ionic Liquid

Jia Gui-hua，Chen Hao，Wang Jia-hong

O645.1

A

1003–6490（2017）09–0001–01

2017–06–20

賈桂華（1995—），男，安徽阜陽人，本科在讀，主要研究方向?yàn)榫?xì)化工。