一种新型天然气脱硫离子液体的探究

贾桂华，陈 豪，王佳红

（重庆科技学院化学化工学院，重庆 401331）

一种新型天然气脱硫离子液体的探究

贾桂华，陈 豪，王佳红

（重庆科技学院化学化工学院，重庆 401331）

离子液体作为一种新型的绿色溶剂，在不断研究与发展下，在工业实验与加工中取得了一定的应用成效。随着近年来市场制度的深入改革以及“环境保护、绿色建设、低碳生活”等理念的提出与推广，离子液体的研究与应用迎来了全新的发展机遇。基于此，对离子液体进行了研究，以供参考。

离子液体；脱硫；环境保护；实验研究

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 研究现状及发展趋势

1.1 传统脱硫工艺技术现状与不足

我国天然气净化有50多年的时间，经常使用包括醇氨法、砜氨法，氧化还原法、吸附法等多种脱硫工艺。在中、低含硫天然气脱硫净化中积累了相当丰富的经验。通常考虑技术成熟，投资相对适中，操作方便的方法。二氧化硫排放受到了越来越严格的限制，最新标准达到200mg/m3。这给石化企业带来巨大环保压力，必须通过技术改进，才能达到满足排放要求。

1.2 离子液体技术发展现状

离子液体主要是指：在近室温或室温的条件下，以液体形态存在的一种“有机熔盐”，因此离子液体又被称为“低温熔融盐”。由离子液体的名称可知，其组成结构为“离子”，通常情况下呈“液体”。据有关实验分析，离子液体具有低蒸气压、不挥发、低熔点、导电和导热性良好、热熔性与稳定性高、溶解力和选择性强的特点。

据文献资料整合与分析可知，目前国内外对离子液体尤其是离子液体脱硫效果的研究已经取得一定成效。例如，BASF公司于2003年在对离子液体研究的基础上，实现了离子液体应用的规模化发展，推动了离子液体在工业领域中的产业化、规模化应用；Mochizuki（2008）在对离子液体结构研究中，表明在既定条件下增大“咪唑环取代基”可有效提升离子液体的脱硫性能；国内学者周瀚成、石峰（2005）等在“离子液体萃取脱硫新工艺的研究”中提出：改变离子液体中的阴阳离子结构，可在一定程度上强化离子液体推流性能；何义以铁基离子液体为脱硫剂，进行非水相湿法氧化脱硫实验研究中，得出在酸性条件下，铁剂离子液体具有一定的疏水性、氧化性、稳定性，可实行工业液体的脱硫功效。

2 离子液体脱硫剂的研究

随着人们对离子液体绿色脱硫机理的深入研究，离子液体脱硫剂呈现出多元化发展态势。不同阴、阳离子的变换与组合形成了不同功效的离子液体绿色脱硫剂。其配置方法大致可分为直接合成和间接合成两类。其中直接合成法只要是基于一定物化学反应基础上，通过直接萃取、离子液体氧化-萃取等方式得有实现的；间接合成法则是借助季铵化反应、酸碱中和反应、以及电解反应记性逐层提取与转化，形成离子液体脱硫剂。

3 增加脱硫剂硫容含量的实验研究

3.1 原料中不同配方的影响

由于原料中含有铁系的氧化物会对H2S的吸收能力大大改善，但研究发现加入不同物质的量的不同铁系的氧化物会有着很大区别，一系列的实验表示15%的黏合剂及3%的添加剂所达到的效果是各种配比中最好的。它产生的脱硫剂吸硫增重率是最高的，而且解吸率是最快的，同时抗压碎强度也达到一个相对较高值。

3.2 原料中硫化氢的相对含量影响

在相同条件下，如果原料中硫化氢的相对含量逐渐增加，研究显示脱硫性能会相对降低，然而降低的幅度在一定范围内，显示出这种脱硫剂具有很好的脱硫能力。

3.3 环境温度的影响

氧化铁的脱硫效果和温度的波动有很大的关系，然而不同特点的脱硫剂相对适宜的温度范围差别也比较大，一般最佳温度在40℃左右。在常温下氧化铁的使用多数都是在露天环境中，因此有时也会受到季节的影响，而在这种条件下一般最好的操作温度是在20℃左右。

3.4 含有水蒸气含量的影响

实验表明，在其他条件都相同的情况下，如果水蒸气含量相对较低，则有利于水解反应的发生，从而在一定程度上提高了硫容的含量；反之当水蒸气含量过高，将产生水蒸气吸附作用，致使二氧化硫分子与碱性活性中心不能正常的吸附和结合，这样会使脱硫活性降低到21%左右。

4 离子液体工艺展望

离子液体在工艺上克服了其他脱硫剂耗量大、无法回收利用、吸收效能差，能耗偏高，不稳定，易引发安全事故或带来二次环境污染等问题。污水排放很少，对环境影响小，运行过程中无“三废”产生。工艺相对简单，操作容易，人工成本较低，运行成本也较低。对公用工程依托程度低，适合偏远单井脱硫。硫磺产品纯度高，可直接用作化工原材料。

然而要想真正将离子液体适用的催化反应推广到工业化生产。仍旧面临着诸多问题。①虽然可以通过精巧的构思和设计来达到制造离子液体的目的，但如何在分子水平上实现对离子液体性能的控制。②如何透过个性差异的现象，证明离子液体优于传统的催化剂的特点。③如何解决离子液体高昂的成本及复杂的组成。④如何确定与其应用密切相关的黏度、密度、稳定性、腐蚀性、传质、传热、相变、流体力学等工艺设计的基本数据。因此，离子液体在开启绿色环保的大门的同时，也开起了一项新的挑战。

[1] 胡奥林.解读天然气利用政策[J].天然气工业，2008，28（2）：157-159.

[2] 卢泽湘，袁霞.咪唑类离子液体的合成和光谱表征[J].化学世界，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

贾桂华（1995—），男，安徽阜阳人，本科在读，主要研究方向为精细化工。