CN105617820A - 用于选择性吸收so2的复合式吸收剂及其应用 - Google Patents

用于选择性吸收so2的复合式吸收剂及其应用 Download PDF

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Abstract

一种用于选择性吸收SO2的复合式吸收剂，包括以下三种组分：水、多胺类化合物强酸盐、酰胺类化合物和脲类化合物中至少一种；其中，所述多胺类化合物强酸盐由多胺类化合物和有机强酸或无机强酸反应制得。本发明利用不同胺基的碱性不同，根据PH缓冲液原理，提出一种复合式SO2吸收剂，制备工艺简单，成本低；对SO2的吸收选择性高，吸收效率高，SO2可资源化。

Description

用于选择性吸收SO2的复合式吸收剂及其应用
技术领域
本发明属于功能性离子液体领域，尤其是涉及一种用于选择性吸收SO2的复合式吸收剂及其应用。
背景技术
SO2是主要的大气污染物之一，是形成酸雨和光化学烟雾的主要原因，2011—2015年，我国二氧化硫排放总量都在2000万吨左右，位居世界第一。随着环境保护意识的提高和对空气污染物排放的要求日益严格，对烟气脱硫技术提出了更高的要求。
烟气脱硫技术多种多样，世界各国从20世纪50年代开始研究脱硫技术，至今脱硫技术已达200多种。按脱硫产物的干湿形态，烟气脱硫又可分为湿法、半干法和干法烟气脱硫。目前，烟气脱硫技术中最为成熟的为湿法技术，占总装机量的85％，其中以石灰石/石膏湿法占36.7％，另外，还有氨-硫酸铵法，MgO法、活性炭法、钠碱法、电子催化氧化法、钠碱循环吸收法等。湿法脱硫技术尽管脱除效率较高达90％以上，脱硫剂利用率高，但其设备费用约相当于发电厂全部建设费用的10％，且运行费用昂贵，管理维护困难，产生二次污染。传统的非资源化SO2脱除技术消耗吸收剂的同时产生大量废水，使之不符合绿色化工的理念。因此，开发高效合理低能耗的资源化SO2脱除技术具有重大意义。
发明内容
本发明基于多种有机胺及胺盐对SO2的选择性吸收，利用不同胺基的碱性不同，根据PH缓冲液原理，提出一种复合式SO2吸收剂，制备工艺简单，成本低；对SO2的吸收选择性高，吸收效率高，SO2可资源化。
为达到上述目的，本发明的技术方案是这样实现的：
一种用于选择性吸收SO2的复合式吸收剂，其特征在于：包括以下三种组分：水，多胺类化合物强酸盐，酰胺类化合物和脲类化合物中的至少一种；其中，所述多胺类化合物强酸盐由多胺类化合物和有机强酸或无机强酸反应制得。
进一步的，所述多胺类化合物的通式为：
式中，N原子的个数至少两个，优选的，所述N原子的个数为2-8个；所述R1至Rn相同或不同；R1至Rn各自独立的为H、烷基、环烷基、烷氧基、卤代烷基、芳基、醚基，且当所述R1至Rn位于非端基位上时不为H。
进一步的，所述无机强酸或有机强酸选自盐酸、硫酸、硝酸、氢溴酸、氢碘酸、磷酸、硼酸、甲磺酸、三氟甲磺酸中的一种或多种，优选的，所述有机强酸或无机强酸为磷酸、硫酸、硝酸中的至少一种。
进一步的，所述多胺类化合物的N原子的摩尔数和所述有机强酸或无机强酸中氢质子的摩尔数之比为2:1至5:1；当该值小于2：1时，吸收位点数较少，使吸收量降低，当该值大于5：1时，被吸收的SO2无法充分解吸。
进一步的，所述酰胺类化合物C原子个数为1-6个，所述脲类化合物中碳原子个数为1-6个，优选的，所述酰胺类化合物或脲类化合物选自甲酰胺，乙酰胺，N,N-二甲基甲酰胺，N,N-二甲基乙酰胺，吡咯烷酮，N-甲基吡咯烷酮，己内酰胺，尿素，N-叔丁基脲，1,1,3,3-四甲基脲，1,3-二甲基脲，1,3-二甲基咪唑啉酮中的一种或几种。
进一步的，所述多胺类化合物强酸盐的质量百分含量为20-50％，酰胺类化合物和脲类化合物的摩尔百分总含量为10％-40％，余量为水。多胺类化合物的强酸盐是起到吸收作用的主要成分，酰胺类化合物和脲类化合物能够促进多胺类化合物强酸盐的溶解，并起到一定的吸收作用，水是吸收过程的反应物之一，因此按照上述配比才能达到理想的吸收效果。
进一步的，所述R1至Rn中C原子个数小于等于4，过多的C原子会降低原子经济性，降低单位质量吸收剂的SO2吸收量。
进一步的，所述多胺类化合物中N原子的个数为2-8个
进一步的，所述一种用于选择性吸收SO2的复合式吸收剂用于SO2吸收。
本发明吸收SO2的原理是：
SO2首先与体系中的H2O反应生成H2SO3，体系中的多胺类强酸盐，酰胺或脲类物质均能够发生质子化反应，消耗体系中的氢离子，促进H2SO3的电离，从而实现吸收SO2的目的。胺类物质所发生的质子化反应是基于胺类物质的碱性，其中酰胺及脲类物质碱性较弱，而多胺类物质碱性较强；因此，将多胺类物质与强酸反应制成强酸盐，使其碱性较强的N原子预先被质子化，而剩余的N原子碱性适中，从而使多胺类强酸盐，酰胺或脲类物质均能够在较高温度下发生去质子化反应，实现SO2的解吸。
本发明的复合式吸收剂必须由水、多胺类物质强酸盐及酰胺或脲类物质三个部分组成。其原因在于：多胺类物质的强酸盐是本发明中吸收SO2的主要物质，但其水溶性较差。酰胺或脲类物质本身可以吸收一部分SO2，但它的另一个作用是提高多胺类强酸盐在体系中的溶解度，从而提高其含量。水是体系中形成H2SO3的反应物，因此也必不可少。
相对于现有技术，本发明具有以下优势：
1.多组分协同吸收，SO2吸收量大，吸收效率高。
2.吸收剂粘度小，吸收速率快。
3.通过强酸调节至适宜的碱性，从而能够可逆的吸收SO2，SO2可资源化。
4.对SO2的吸收选择性高，解吸气中SO2含量高。
5.提供了一种新型的可吸收SO2的吸收剂，制备工艺简单，成本低。
具体实施方式
需要说明的是，在不冲突的情况下，本发明中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。
实施例1
称取二乙烯三胺10.3g，依次加入1,1,3,3-四甲基脲11.0g，水5g，纯度为98％的浓硫酸3.7g制成吸收剂。先后利用纯SO2气体和SO2含量为8000ppm的混合气体在30℃下进行吸收实验。
该吸收剂对纯SO2气体的吸收量30g，单位吸收量为0.77g/g(SO2/吸收剂)。该吸收剂混合气体的脱硫率达到99.1％。
对比例1
称取二乙烯三胺10.3g，依次加入水16g，纯度为98％的浓硫酸3.7g制成吸收剂。先后利用纯SO2气体和SO2含量为8000ppm的混合气体在30℃下进行吸收实验。
该吸收剂对纯SO2气体的单位吸收量为0.43g/g(SO2/吸收剂)。该吸收剂混合气体的脱硫率达到75.2％。
对比例1与实施例1的不同之处在于，对比例1中未添加所述酰胺或脲类物质，而是将其替换为水，此时，相对于实施例1，吸收剂的单位吸收量大大下降。
对比例2
称取二乙烯三胺10.3g，依次加入1,1,3,3-四甲基脲16g，纯度为98％的浓硫酸3.7g制成吸收剂。先后利用纯SO2气体和SO2含量为8000ppm的混合气体在30℃下进行吸收实验。
该吸收剂对纯SO2气体的单位吸收量为0.29g/g(SO2/吸收剂)。该吸收剂混合气体的脱硫率达到60.2％。
对比例2与实施例1的不同之处在于，对比例2中未添加所述水，而是将其替换为所述酰胺或脲类物质，此时，相对于实施例1，吸收剂的单位吸收量大大下降。
对比例3
称取二乙烯三胺8.2g，依次加入1,1,3,3-四甲基脲11g，水5g，纯度为98％的浓硫酸5.8g制成吸收剂。先后利用纯SO2气体和SO2含量为8000ppm的混合气体在30℃下进行吸收实验。
该吸收剂对纯SO2气体的单位吸收量为0.46g/g(SO2/吸收剂)。该吸收剂混合气体的脱硫率达到73.2％。
对比例3与实施例1的不同之处在于，对比例3的二乙烯三胺中的N原子与浓硫酸中H质子的比例不同，对比例3中N原子与浓硫酸中H质子的比例小于2:1，此时，吸收剂的吸收效果差。
实施例2
称取二乙烯三胺10.3g，依次加入N-甲基吡咯烷酮11g，水5g，纯度为98％的浓硫酸3.7g制成吸收剂。先后利用纯SO2气体和SO2含量为8000ppm的混合气体在30℃下进行吸收实验。
单位吸收量为0.76g/g(SO2/吸收剂)。该吸收剂混合气体的脱硫率达到98.2％。
实施例3
称取四乙基乙二胺9.8g，依次加入N,N-二甲基乙酰胺11g，水5g，纯度为98％的浓硫酸4.2g制成吸收剂。先后利用纯SO2气体和SO2含量为8000ppm的混合气体在30℃下进行吸收实验。
单位吸收量为0.69g/g(SO2/吸收剂)。该吸收剂混合气体的脱硫率达到97.2％。
实施例4
称取四乙基乙二胺4.9g，依次加入N,N-二甲基乙酰胺7g，水16g，纯度为98％的浓硫酸2.1g制成吸收剂。先后利用纯SO2气体和SO2含量为8000ppm的混合气体在30℃下进行吸收实验。
单位吸收量为0.61g/g(SO2/吸收剂)。该吸收剂混合气体的脱硫率达到93.2％。
实施例5
称取三乙烯四胺9.9g，依次加入N-甲基吡咯烷酮10g，水6g，纯度为98％的浓硫酸4.1g制成吸收剂。先后利用纯SO2气体和SO2含量为8000ppm的混合气体在30℃下进行吸收实验。
单位吸收量为0.73g/g(SO2/吸收剂)。该吸收剂混合气体的脱硫率达到97.5％。
实施例6
称取五甲基二乙烯三胺11.6g，依次加入N,N-二甲基甲酰胺8g，水7g，纯度为98％的浓硫酸3.6g制成吸收剂。先后利用纯SO2气体和SO2含量为8000ppm的混合气体在30℃下进行吸收实验。
单位吸收量为0.79g/g(SO2/吸收剂)。该吸收剂混合气体的脱硫率达到99.2％。
实施例7
称取四甲基乙二胺11.3g，依次加入N,N-二甲基乙酰胺8g，水8g，纯度为85％的磷酸2.7g制成吸收剂。先后利用纯SO2气体和SO2含量为8000ppm的混合气体在30℃下进行吸收实验。
单位吸收量为0.73g/g(SO2/吸收剂)。该吸收剂混合气体的脱硫率达到98.6％。
以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明创造，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (9)

1.一种用于选择性吸收SO2的复合式吸收剂，其特征在于：包括以下三种组分：水、多胺类化合物强酸盐、酰胺类化合物和脲类化合物中的至少一种；其中，所述多胺类化合物强酸盐由多胺类化合物和有机强酸或无机强酸反应制得。
2.根据权利要求1所述的一种用于选择性吸收SO2的复合式吸收剂，其特征在于：所述多胺类化合物的通式为：
式中，N原子的个数至少两个，R1至Rn相同或不同；R1至Rn各自独立的为H、烷基、环烷基、烷氧基、卤代烷基、芳基及醚基，且当所述R1至Rn位于非端基位上时不为H。
3.根据权利要求1或2所述的一种用于选择性吸收SO2的复合式吸收剂，其特征在于：所述无机强酸或有机强酸选自盐酸、硫酸、硝酸、氢溴酸、氢碘酸、磷酸、硼酸、甲磺酸、三氟甲磺酸中的一种或多种，优选的，所述有机强酸或无机强酸为磷酸、硫酸、硝酸中的至少一种。
4.根据权利要求1所述的一种用于选择性吸收SO2的复合式吸收剂，其特征在于：所述多胺类化合物的N原子的摩尔数和所述有机强酸或无机强酸中氢质子的摩尔数之比为2:1至5:1。
5.根据权利要求1所述的一种用于选择性吸收SO2的复合式吸收剂，其特征在于：所述酰胺类化合物C原子个数为1-6个，所述脲类化合物中碳原子个数为1-6个，优选的，所述酰胺类化合物或脲类化合物选自甲酰胺，乙酰胺，N,N-二甲基甲酰胺，N,N-二甲基乙酰胺，吡咯烷酮，N-甲基吡咯烷酮，己内酰胺，尿素，N-叔丁基脲，1,1,3,3-四甲基脲，1,3-二甲基脲，1,3-二甲基咪唑啉酮中的一种或几种。
6.根据权利要求1所述的一种用于选择性吸收SO2的复合式吸收剂，其特征在于：所述多胺类化合物强酸盐的质量百分含量为20-50％，酰胺类化合物和脲类化合物的摩尔百分总含量为10％-40％，余量为水。
7.根据权利要求1所述的一种用于选择性吸收SO2的复合式吸收剂，其特征在于：所述R1至Rn中C原子个数小于等于4。
8.根据权利要求1所述的一种用于选择性吸收SO2的复合式吸收剂，其特征在于：所述多胺类化合物中N原子的个数为2-8个。
9.权利要求1所述的选择性吸收SO2的复合式吸收剂用于SO2吸收。
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