專利名稱：一類低溫共熔的有機酸鹽-環(huán)丁砜配方溶液及其捕獲SO₂工藝的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一類能可逆吸收分離SO2的配方溶液，該配方溶液主要由有機酸鹽與環(huán)丁砜組成。
背景技術(shù)：
目前，酸雨已經(jīng)成為了人類面臨的一個十分嚴峻的環(huán)境問題，嚴重威脅到生態(tài)環(huán)境和人體健康。化石燃料的燃燒導致大量SO2排放到大氣中是造成酸雨問題的主要原因，我國是一個以煤能源為主的國家，SO2排放量巨大，酸雨污染十分嚴重，酸雨面積已達到國土面積的30%以上，每年全國因酸雨和SO2污染導致的經(jīng)濟損失達到上千億元，已成為制約 國民經(jīng)濟可持續(xù)發(fā)展的主要問題?？刂芐O2排放的一種有效方法就是實施煙氣脫硫，目前，已經(jīng)商業(yè)化的煙氣脫硫技術(shù)主要有氨法、海水法和石灰石法等。但這些方法都存在著許多固有的缺陷，如氨法易產(chǎn)生揮發(fā)性有機化合物污染大氣，海水法具有明顯的地域限制無法推廣使用，石灰石法會產(chǎn)生大量的石膏廢棄物難以處理等。另外，大多數(shù)脫硫劑都以水為主體溶劑，水的揮發(fā)性和潛熱較大，使得操作過程的能耗居高不下，傳統(tǒng)脫硫工藝亟待改進，開發(fā)高效、節(jié)能的新型綠色脫硫劑具有十分重的意義。有機熔融鹽是一類由有機陰陽離子組成的，在室溫到100°C范圍內(nèi)呈液態(tài)的離子化合物。有機熔融鹽具有不揮發(fā)性、低熔點、熱穩(wěn)定性高及溶解能力強等優(yōu)點，是一種新型的綠色溶劑。已有文獻表明，有機熔融鹽對SO2具有良好的吸收性能，可循環(huán)使用，且有機熔融鹽的不揮發(fā)性可以有效避免交叉污染所帶來的一系列環(huán)境問題。另外，相對于傳統(tǒng)的水溶劑來說，它的熱容較低，因此，有機熔融鹽是一種高效、節(jié)能的新型綠色脫硫劑。中國專利申請?zhí)枮?200510069406. 6,200810025024. 7,200810124419. 2,200910074801. I、200910116567. 4,200910116568. 9,201010214073. 2 和 201010279634. 7 等的專利文獻分別報道了幾類有機熔融鹽作為SO2吸收劑，但純有機熔融鹽作為脫硫劑，其粘度較大，過程操作困難，且SO2吸收過程中的傳質(zhì)效率很低，吸收速率很慢，往往需要數(shù)小時才能達到吸收平衡，這限制了純有機熔融鹽的工業(yè)化應(yīng)用。中國專利申請?zhí)枮?00910233387. 4和201010018259. 0的專利文獻分別報道了一種雜合有機熔融鹽水合物和一種混合有機熔融鹽水溶液作為能快速高效吸收SO2的脫硫劑，但這類脫硫劑仍然以水作為主體溶劑，水的揮發(fā)性和潛熱較大，不利于過程節(jié)能，且這類有機熔融鹽以質(zhì)子化的叔胺為陽離子，陽離子在水溶液中會分解出對金屬有絡(luò)合作用的叔胺，從而使設(shè)備腐蝕嚴重?？傮w來說，能快速、高效吸收SO2且能耗低、腐蝕性小的有機熔融鹽脫硫劑仍然尚付闕如，以有機融熔鹽為主要組分的低溫共熔的配方脫硫劑更是未見報道。為此，本發(fā)明以季銨堿二元羧酸氫鹽這一類有機熔融鹽為化學吸收組分，揮發(fā)性可忽略的環(huán)丁砜(沸點^ 2850C )作為具有物理吸收和稀釋作用的調(diào)和組分，再輔以少量水來降低體系粘度，開發(fā)出了一種可快速、高效吸收SO2的有機熔融鹽與環(huán)丁砜的配方溶液。該配方溶液還是一類具有低共熔溫度的系統(tǒng)，其凝固點遠低于環(huán)丁砜的凝固點(約27 28°C )，可達_20°C以下，極大地方便了溶液的貯存、運輸和使用。優(yōu)化配制的溶液性質(zhì)獨特，具有低粘度，低熱容，低揮發(fā)性、高SO2吸收容量和快SO2傳質(zhì)速率，是一種高效、節(jié)能的新型綠色脫硫劑。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于提供一類用于SO2吸收分離的低溫共熔的有機熔融鹽與環(huán)丁砜的配方溶液，以及與其應(yīng)用相關(guān)的SO2捕獲過程處理工藝。本發(fā)明以季銨堿二元羧酸氫鹽這一類有機熔融鹽為化學吸收組分，揮發(fā)性可忽略的環(huán)丁砜(沸點> 285°C)作為具有物理吸收和稀釋作用的調(diào)和組分，再輔以少量水來降低體系粘度，開發(fā)出了一種可快速、高效吸收SO2的有機熔融鹽與環(huán)丁砜的配方溶液。該配方 溶液還是一類具有低共熔溫度的系統(tǒng)，其凝固點遠低于環(huán)丁砜的凝固點(約27 28°C )， 可達_20°C以下，極大地方便了溶液的貯存、運輸和使用。優(yōu)化配制的溶液性質(zhì)獨特，具有低粘度，低熱容，低揮發(fā)性、高SO2吸收容量和快SO2傳質(zhì)速率，是一種高效、節(jié)能的新型綠色脫硫劑。本發(fā)明有機熔融鹽與環(huán)丁砜的配方溶液由有機熔融鹽A、環(huán)丁砜B與水C組成，其中有機熔融鹽的陽離子是四烷基季銨陽離子或N，N- 二烷基咪唑陽離子，陰離子為二元羧酸氫根陰離子。配方溶液的配方為作為化學吸收組分的有機熔融鹽A占配方溶液總質(zhì)量的30 % 45 %，作為具有物理吸收和稀釋作用的調(diào)和組分的環(huán)丁砜B占配方溶液總質(zhì)量的65 % 50 %，作為降粘劑的水C占配方溶液總質(zhì)量的5 % 8 %。本發(fā)明的目的可通過以下技術(shù)解決方案來實現(xiàn)一種用于SO2吸收分離的低溫共熔的有機熔融鹽與環(huán)丁砜的配方溶液，其特征是它由如下的質(zhì)量組分組成作為化學吸收組分的有機熔融鹽A占配方溶液總質(zhì)量的30% -45%，作為物理吸收和稀釋作用的調(diào)和組分環(huán)丁砜B占配方溶液總質(zhì)量的65% _50%，作為降粘劑的水C占配方溶液總質(zhì)量的5% _8%，其中所述的有機熔融鹽的陽離子是四烷基季銨陽離子或N，N- 二烷基咪唑陽離子，陰離子為二元羧酸氫根陰離子。上述的配方溶液，所述的作為化學吸收組分的有機熔融鹽A具有如下結(jié)構(gòu)
權(quán)利要求
1.一種用于SO2吸收分離的低溫共熔的有機熔融鹽與環(huán)丁砜的配方溶液，其特征是它由如下的質(zhì)量組分組成作為化學吸收組分的有機熔融鹽A占配方溶液總質(zhì)量的30% -45%，作為物理吸收和稀釋作用的調(diào)和組分環(huán)丁砜B占配方溶液總質(zhì)量的65% -50%，作為降粘劑的水C占配方溶液總質(zhì)量的5% _8%，其中所述的有機熔融鹽的陽離子是四烷基季銨陽離子或N，N- 二烷基咪唑陽離子，陰離子為二元羧酸氫根陰離子。
2.根據(jù)權(quán)利要求I所述的配方溶液，其特征是作為化學吸收組分的有機熔融鹽A具有如下結(jié)構(gòu)
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的配方溶液，其特征是所述的有機熔融鹽A的陽離子為四乙基銨、三甲基丁基銨或三乙基丁基銨陽離子，或者為N，N-甲基乙基咪唑或N，N-甲基丁基咪唑等陽離子；所述的有機熔融鹽陰離子為順丁烯二酸、丁二酸、蘋果酸、戊二酸的氫根陰離子。
4.一種制備權(quán)利要求I所述的配方溶液的方法，其特征是按配方稱取有機熔融鹽A、環(huán)丁砜B和水C，加入攪拌釜中，50 80°C的溫度下攪拌I 2小時即得到低溫共熔的有機熔融鹽與環(huán)丁砜的配方溶液。
5.權(quán)利要求I所述的配方溶液，其特征是其作為循環(huán)可逆吸收分離SO2的氣體吸收劑使用，且它能在升溫和減壓的條件下再生。
6.一種采用權(quán)利要求I所述的配方溶液捕獲SO2的工藝，其特征是它是用權(quán)利要求I所述的配方溶液在填料吸收塔中通過使配方溶液與煙氣逆流接觸以吸收煙氣中的S02，SO2捕獲的工藝條件為操作溫度為40 60°C，操作壓力為100 200kPa ；S02解吸的工藝條件為溫度為90 150°C，壓力為50 lOOkPa。
全文摘要
一種用于SO2吸收分離的低溫共熔的有機熔融鹽與環(huán)丁砜的配方溶液，它由如下的質(zhì)量組分組成作為化學吸收組分的有機熔融鹽A占配方溶液總質(zhì)量的30%-45%，作為物理吸收和稀釋作用的調(diào)和組分環(huán)丁砜B占配方溶液總質(zhì)量的65%-50%，作為降粘劑的水C占配方溶液總質(zhì)量的5%-8%；其中所述的有機熔融鹽的陽離子是四烷基季銨陽離子或N,N-二烷基咪唑陽離子，陰離子為二元羧酸氫根陰離子。本發(fā)明的配方溶液及其SO2捕獲工藝的優(yōu)點是能快速吸收SO2，具有高SO2吸收容量；粘度較低，具有良好的流動性；采用非揮發(fā)性的有機熔融鹽和揮發(fā)性極低的環(huán)丁砜為主體組分，使用過程物料損耗少；主體組分熱容較低，能有效降低再生過程的能耗；配方溶液腐蝕性很低。
文檔編號B01D53/14GK102743952SQ20111041650
公開日2012年10月24日 申請日期2011年12月13日 優(yōu)先權(quán)日2011年12月13日
發(fā)明者吳有庭, 張志炳, 胡興邦, 蔡大牛, 陶端健, 黃寬 申請人:南京大學