环保型铁基离子液体脱硫剂研制与工艺设计

发布时间：2020-06-28 01:49

【摘要】：离子液体具有低饱和蒸汽压、良好的化学稳定性性和热稳定性,由于加入铁离子,又具有优异的催化氧化特性,易与硫磺分离,减少了因挥发或降解而造成的环境污染问题,可循环利用,是一种新型环保的铁基脱硫剂;其理论硫容比常规水相氧化法高100倍,可使脱硫溶液循环量大幅下降,实现脱硫装置小型化。铁基离子液体(Fe-IL)脱硫净化度能满足管输气指标,且溶剂稳定性高,降低了天然气净化工艺难度和操作的危险性,使生产过程更加安全。本文开展了Fe-IL脱除H_2S的实验研究,并设计出脱硫工艺,以便分析该脱硫剂和工艺的技术合理性,具体研究内容如下:(1)以FeCl_3与氯化1-丁基-3-甲基咪唑([Bmim]Cl)为原料按不同配比合成Fe-IL,经纯化后产率可达86.97%,比FeCl_3·6H_2O与[Bmim]Cl按常用方法合成产率提高了27.15%,且氯化铁使用量降低20%。(2)通过化学滴定、仪器测定和FT-IR表征,推测Fe-IL分子式为[Bmim]Fe_(0.97)Cl_(4.13);黏温实验表明在45℃时,Fe-IL黏度仅为19.6mPa·s,比25℃时降低了39.1%,有利于工业应用;制备的Fe-IL在空气中放置90d后重新进行FT-IR表征,其化学结构保持不变,表明化学性稳定高。(3)Fe-IL脱硫实验发现在25℃,1.01×10~5Pa时,实验测得最大硫容仅为理论硫容的4.6%,铁离子表观活性低,脱硫过程中同时存在物理吸收和化学氧化吸收两种情况。对含5%H_2S天然气的脱硫吸收实验表明,硫容为0.38 g/L,脱硫过程主要以化学氧化吸收为主;对于含99.9%H_2S脱硫吸收,硫容可达3.1g/L,其中物理吸收占总脱硫率高达78.7%;吸收不同浓度H_2S时表现出不同硫容,可能是高浓度H_2S因物理吸收作用快速溶解于离子液体中从而促进化学氧化吸收,提高了脱硫剂硫容量。(4)Fe-IL呈疏水性和弱酸性,天然气净化工艺中有水生成,含水Fe-IL脱硫实验发现,在一定的范围内,水份对Fe-IL吸收H_2S有促进作用,但过量的水份又会降低H_2S的吸收。当含水率为2%时,比不含水吸收H_2S液体质量增重了18.6%,可能是水份降低脱硫剂的黏度,提升气液传质率,或降低脱硫剂中的酸性,使H_2S更易溶于脱硫剂中从而促进氧化吸收。(5)利用Fe-IL的高硫容、疏水性、氧化吸收等特点,设计出一套在常温常压下湿式氧化脱硫工艺,具有脱硫效率更高,无环境污染,能耗更低的新型脱硫工艺特征,解决当前含硫尾气治理技术的不足,以满足日益增强的环境保护要求,为后续含硫尾气治理的工业化技术的绿色发展和改造奠定坚实基础。
【学位授予单位】：重庆科技学院
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2018
【分类号】：X701
【图文】：

装置图,制备实验,装置图

CL-3 型巩义市予华仪HH 系列金坛市科析SB-800DTD 宁波新芝生物GZX-9240MBE 上海博迅实业有-3-甲基咪唑的合成基咪唑：在 100ml三口烧瓶中加入 0.2mol 1管，在 72℃水浴加热条件下，用搅拌器进行搅筒量取等体积的乙酸乙酯在分液漏斗中振荡洗氯盐离子液体（[Bmim]Cl），然后在真空、8却后称重，记录实验数据。同理，分别进行 1:1.4 和 1:1.8 的合成实验。实验装置如图 2.1 所

红外光谱图,铁基,离子液体,红外光谱图

图 3.4 铁基离子液体红外光谱图Figure 3.4 Infrared spectra of iron-based ionic liquids谱分析表明，所制备的铁基离子液体脱硫剂化学结构与文献硫后以及在空气中放置 90 天后重新进行红外光光谱测定时，基离子液体具有较强的化学稳定性。D 分析体脱硫后静置，底部有黄色沉淀，将所得到的脱硫沉淀样射线衍射仪上进行测量，可以得到相应的 XRD 图谱。同素异形体，主要有斜方硫( -硫)、单斜硫(β-硫)和弹性硫(γ-硫得到的硫磺副产物 XRD 如图 3.5 所示。

【参考文献】