一種新型天然氣脫硫離子液體的探究

賈桂華，陳 豪，王佳紅

（重慶科技學院化學化工學院，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

（重慶科技學院化學化工學院，重慶 401331）

離子液體作為一種新型的綠色溶劑，在不斷研究與發展下，在工業實驗與加工中取得了一定的應用成效。隨著近年來市場制度的深入改革以及“環境保護、綠色建設、低碳生活”等理念的提出與推廣，離子液體的研究與應用迎來了全新的發展機遇。基于此，對離子液體進行了研究，以供參考。

離子液體；脫硫；環境保護；實驗研究

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 研究現狀及發展趨勢

1.1 傳統脫硫工藝技術現狀與不足

我國天然氣凈化有50多年的時間，經常使用包括醇氨法、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豐富的經驗。通常考慮技術成熟，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格的限制，最新標準達到200mg/m3。這給石化企業帶來巨大環保壓力，必須通過技術改進，才能達到滿足排放要求。

1.2 離子液體技術發展現狀

離子液體主要是指：在近室溫或室溫的條件下，以液體形態存在的一種“有機熔鹽”，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，其組成結構為“離子”，通常情況下呈“液體”。據有關實驗分析，離子液體具有低蒸氣壓、不揮發、低熔點、導電和導熱性良好、熱熔性與穩定性高、溶解力和選擇性強的特點。

據文獻資料整合與分析可知，目前國內外對離子液體尤其是離子液體脫硫效果的研究已經取得一定成效。例如，BASF公司于2003年在對離子液體研究的基礎上，實現了離子液體應用的規模化發展，推動了離子液體在工業領域中的產業化、規模化應用；Mochizuki（2008）在對離子液體結構研究中，表明在既定條件下增大“咪唑環取代基”可有效提升離子液體的脫硫性能；國內學者周瀚成、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構，可在一定程度上強化離子液體推流性能；何義以鐵基離子液體為脫硫劑，進行非水相濕法氧化脫硫實驗研究中，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、穩定性，可實行工業液體的脫硫功效。

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理的深入研究，離子液體脫硫劑呈現出多元化發展態勢。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反應基礎上，通過直接萃取、離子液體氧化-萃取等方式得有實現的；間接合成法則是借助季銨化反應、酸堿中和反應、以及電解反應記性逐層提取與轉化，形成離子液體脫硫劑。

3 增加脫硫劑硫容含量的實驗研究

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，但研究發現加入不同物質的量的不同鐵系的氧化物會有著很大區別，一系列的實驗表示15%的黏合劑及3%的添加劑所達到的效果是各種配比中最好的。它產生的脫硫劑吸硫增重率是最高的，而且解吸率是最快的，同時抗壓碎強度也達到一個相對較高值。

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，顯示出這種脫硫劑具有很好的脫硫能力。

3.3 環境溫度的影響

氧化鐵的脫硫效果和溫度的波動有很大的關系，然而不同特點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都是在露天環境中，因此有時也會受到季節的影響，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

實驗表明，在其他條件都相同的情況下，如果水蒸氣含量相對較低，則有利于水解反應的發生，從而在一定程度上提高了硫容的含量；反之當水蒸氣含量過高，將產生水蒸氣吸附作用，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，不穩定，易引發安全事故或帶來二次環境污染等問題。污水排放很少，對環境影響小，運行過程中無“三廢”產生。工藝相對簡單，操作容易，人工成本較低，運行成本也較低。對公用工程依托程度低，適合偏遠單井脫硫。硫磺產品純度高，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推廣到工業化生產。仍舊面臨著諸多問題。①雖然可以通過精巧的構思和設計來達到制造離子液體的目的，但如何在分子水平上實現對離子液體性能的控制。②如何透過個性差異的現象，證明離子液體優于傳統的催化劑的特點。③如何解決離子液體高昂的成本及復雜的組成。④如何確定與其應用密切相關的黏度、密度、穩定性、腐蝕性、傳質、傳熱、相變、流體力學等工藝設計的基本數據。因此，離子液體在開啟綠色環保的大門的同時，也開起了一項新的挑戰。

[1] 胡奧林.解讀天然氣利用政策[J].天然氣工業，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，主要研究方向為精細化工。