专利名称：操作液环压缩机的方法
技术领域：
本发明涉及一种操作液环压缩机的方法。
液环压缩机具有广泛的用途。因此，首先将它们用于压缩气体，其次可将它们用作抽空反应器、容器或其它生产装置的真空泵。
在液环压缩机中，将其上装有叶片的叶轮离心安装在压缩机体中。工作液体存在于压缩机体中且由于叶轮旋转所产生的离心力使工作液体冲至压缩机体壁上。这样，压缩机体中的工作液体形成圆周液环，在每种情况下，形成由两个叶片和液环限定的室。由于压缩机体中叶轮离心安装，室的尺寸在叶轮旋转方向上减小。由于形成液环，室中产生低于大气压的压力。这使气体吸入。由于叶轮的旋转和室尺寸的减小，吸入的气体被压缩并从液环压缩机的压力侧喷出。
该液环压缩机例如由Wilhelm R.A.Vauck，Grundoperationenchemischer Verfahrenstechnik，笫11次修订和扩充版，Deutscher Verlag Grundstoffindustrie，Stuttgart，2000已知。
通常的用于操作液环压缩机的工作液体例如为水、有机溶剂或油。
当将液环压缩机用作真空泵时，由现有技术已知的工作液体的缺点为在液环压缩机吸力侧可获得的压力受工作液体的蒸气压的限制。为获得低压，目前将工作液体冷却，因为蒸气压随温度降低而降低。然而，气体在工作液体中的溶解度随着温度降低而增加。这意味着在工作液体的温度降低时会有更多的气体溶解在液体中。然而，工作液体中的较大量的气体可导致形成的气泡增加，该气泡导致气蚀并因此损坏叶轮和叶片。
当将液环压缩机用于压缩气体时，由现有技术已知的工作液体的缺点为部分工作液体蒸发并与压缩气体一起从液环压缩机中喷出。为获得不含有任何工作液体蒸气的压缩气体，在液环压缩机之后必须有其中将气体与工作液体分离的复杂气体分离。
本发明的目的为开发一种不具有上述缺点的操作液环压缩机的方法。
该目的通过一种操作具有离心安装在压缩机体中的叶轮的液环压缩机的方法而实现，其中将气体在吸力侧供入液环压缩机并且气体从所述液环压缩机的压力侧喷出，该方法包括如下步骤i)通过使叶轮旋转在压缩机体的内部产生液环，ii)将气体吸入叶轮的叶片和液环之间形成的室中，iii)由于叶轮旋转及其离心安装在吸力侧至压力侧变小的所述室中压缩空气，iv)压缩气体在压力侧喷出，其中将离子液体用作产生所述液环的工作液体。
根据Peter Wasserscheid和Wilhelm Keim在Angewandte Chemie2000，112，第3926-3945页的定义，离子液体为在较低温度(即低于100℃的温度)下融化并具有非分子的，离子特性的盐。在液环压缩机中使用的离子液体的特别有利的性能为其不具有可测量的蒸气压。因此，当将液环压缩机用作真空泵时，甚至可获得低于在该特定情形中使用的工作液体的蒸气压的压力。当将液环压缩机用于压缩气体时，没有工作液体蒸发，因此压缩气体不含杂质。夹带的液滴可通过简单的液滴沉淀器与气体分离。可省却复杂的气体/液体分离。
当将液环压缩机用作真空泵时，吸力侧的压力小于大气压，压力侧的压力等于大气压。当将液环压缩机用于压缩气体时，吸力侧的压力等于大气压，压力侧的压力大于大气压。
在一个变型方法中，将在液环压缩机压力侧喷出的气体传输至液体沉淀器以分离出夹带在气体中的工作液体的液滴。在优选的变型方法中，将在液体沉淀器中分离出的液体返回至液环压缩机中。这里，工作液体流经封闭的回路，因此没有从操作中除去工作液体。合适的液体沉淀器例如为编织金属丝结构体、填充单元床、规整填充体或本领域熟练技术人员已知的其它设备。
在优选变型方法中，将离子液体流经的设备通过加热或冷却维持在操作温度。离子液体流经的设备例如为液环压缩机本身、液体沉淀器、传输离子液体所需的泵以及各个设备借助其彼此连接的管。
对离子液体流经的设备进行加热，使得还可使用熔点高于环境温度的离子液体作为工作液体。
气体压缩时释放的能量由工作液体吸收并且如果需要的话借助液环压缩机的泵送回路中的换热器除去。
用于操作液环压缩机的离子液体的粘度优选为10-200mPas。如果粘度大于200mPas，由于液体提供的阻力叶轮的叶片可能会在叶轮高速旋转时被扯下。低于10mPas的粘度可导致气泡取代液体，并由于压力由压力侧至吸力侧降低，该气泡从一室沿着叶片流入下一室。两室间的这种气体连接可导致液环压缩机的故障。
优选用于操作液环压缩机的离子液体在液环压缩机的操作温度下为化学惰性且热稳定。化学惰性是指离子液体不与待压缩的气体反应。热稳定是指离子液体分解的半衰期大于1年。这里，半衰期为给定初始量的离子液体减少一半的时间。
离子液体优选不具腐蚀性。这防止了液环压缩机的压缩机体和叶轮及叶片被腐蚀及由此产生的损坏。当将对水解敏感的物质用作工作液体时，液环压缩机可在氮气层下操作。这里，氮气层是指通过在启动之前用氮气吹扫设备使离子液体流经的所有设备均在大气水分或其它痕量水不存在下操作。
为确保液环压缩机在能量上有利地操作，液环压缩机的操作温度优选为25-100℃。这些温度可以较低能量成本实现。在大于100℃的温度下，加热液环压缩机的成本大大增加。
为了能在25-100℃的操作温度下操作液环压缩机，离子液体的熔点低于100℃，优选低于70℃，特别优选低于25℃。
在本发明上下文中的离子液体为如下通式的盐[A]n+[Y]n-其中n＝1、2、3或4，或如下通式的混和类型[A1]+[A2]+[Y]2-、[A1]+[A2]+[A3]+[Y]3-或[A1]+[A2]+[A3]+[A4]+[Y]4-其中A1、A2、A3和A4独立地选自对[A]所述的那些，或具有金属离子的混和类型[A1]+[A2]+[A3]+[M1]+[Y]4-、[A1]+[A2]+[M1]+[M2]+[Y]4-、[A1]+[M1]+[M2]+[M3]+[Y]4-、[A1]+[A2]+[M1]+[Y]3-、[A1]+[M1]+[M2]+[Y]3-、[A1]+[M1]+[Y]2-、[A1]+[A2]+[M4]2+[Y]4-、[A1]+[M1]+[M4]2+[Y]4-、[A1]+[M5]3+[Y]4-、[A1]+[M4]2+[Y]3-，其中M1、M2、M3为单价金属阳离子，M4为二价金属阳离子，M5为三价金属阳离子。
适合形成离子液体的阳离子[A]n+的化合物例如由DE 102 02 838 A1已知。因此，这类化合物可含有氧、磷、硫或尤其是氮原子，例如至少一个氮原子，优选1-10个氮原子，特别优选1-5个氮原子，非常特别优选1-3个氮原子，尤其是1-2个氮原子。还可存在其它杂原子如氧、硫或磷原子。氮原子为离子液体的阳离子中的正电荷的合适载体，然后质子或烷基可由该氮原子平衡转移至阴离子以制备电中性分子。
在离子液体的合成中，阳离子首先通过例如胺或氮杂环的氮原子的季铵化产生。季铵化可通过氮原子的质子化或烷基化进行。取决于所使用的质子化或烷基化试剂，获得具有不同阴离子的盐。在季铵化本身不能形成所需阴离子的情况下，这在其它合成步骤中进行。例如由卤化铵开始，卤化物可与路易斯酸反应形成来自卤化物和路易斯酸的配合阴离子。或者用所需阴离子替换卤离子。这可通过加入金属盐并使所形成的金属卤化物沉淀、借助离子交换剂或通过强酸替换卤离子(释放氢卤酸)而实现。这些方法例如描述在Angew.Chem.2000，112，第3926-3945页以及其中所引用的参考文献中。
借助其使胺或氮杂环中的氮原子季铵化的合适的烷基为C1-C18烷基，优选C1-C10烷基，特别优选C1-C6烷基，非常特别优选甲基。
优选包含至少一个含有至少一个氮原子以及合适的话氧原子或硫原子的五元或六元杂环的化合物。特别优选包含至少一个具有一个、两个或三个氮原子和一个硫原子或一个氧原子的五元或六元杂环的化合物，非常特别优选具有两个氮原子的该类化合物。
特别优选分子量低于1000g/mol，非常特别优选低于500g/mol，尤其是低于250g/mol的那些化合物。
此外，优选选自式(Ia)至(It)的化合物以及其中存在所述结构的低聚物或聚合物的阳离子
其中取代基和符号具有如下含义
R为氢或C1-C18烷基，优选C1-C10烷基，特别优选C1-C6烷基，例如甲基、乙基、正丙基、异丙基、正丁基、仲丁基、叔丁基、正戊基()、2-戊基(仲戊基)、3-戊基、2，2-二甲基丙-1-基(新戊基)和正己基，非常特别优选甲基。
R1、R2、R3、R4、R5、R6、R7、R8和R9各自相互独立地为氢或为可插入一个或多个不相邻的氧和/或硫原子和/或一个或多个取代或未取代的亚氨基的C1-C18烷基、C2-C18烷基，或为C6-C14芳基、C5-C12环烷基或五元或六元的含氧、氮和/或硫的杂环，或这些基团中的两个还可一起形成可插入一个或多个不相邻的氧和/或硫原子和/或一个或多个取代或未取代的亚氨基的不饱和的、饱和的环或芳环，其中所述基团各自可额外地由官能团、芳基、烷基、芳氧基、烷氧基、卤素、杂原子和/或杂环取代。
可未取代或带有官能团、芳基、烷基、芳氧基、烷氧基、卤素、杂原子和/或杂环作为取代基的C1-C18烷基例如为甲基、乙基、丙基、异丙基、正丁基、仲丁基、叔丁基、戊基、己基、庚基、辛基、2-乙基己基、2，4，4-三甲基戊基、癸基、十二烷基、十四烷基、十七烷基、十八烷基、1，1-二甲基丙基、1，1-二甲基丁基、1，1，3，3-四甲基丁基、苄基、1-苯基乙基、α，α-二甲基苄基、二苯甲基、对甲苯基甲基、1-(对丁基苯基)乙基、对氯苄基、2，4-二氯苄基、对甲氧基苄基、间乙氧基苄基、2-氰基乙基、2-氰基丙基、2-甲氧基羰基乙基、2-乙氧基羰基乙基、2-丁氧基羰基丙基、1，2-二(甲氧基羰基)乙基、2-甲氧基乙基、2-乙氧基乙基、2-丁氧基乙基、二乙氧基甲基、二乙氧基乙基、1，3-二氧戊环-2-基、1，3-二烷-2-基、2-甲基-1，3-二氧戊环-2-基、4-甲基-1，3-二氧戊环-2-基、2-异丙氧基乙基、2-丁氧基丙基、2-辛氧基乙基、氯甲基、三氯甲基、三氟甲基、1，1-二甲基-2-氯乙基、2-甲氧基异丙基、2-乙氧基乙基、丁硫基甲基、2-十二烷硫基乙基、2-苯硫基代乙基、2，2，2-三氟乙基、2-羟基乙基、2-羟基丙基、3-羟基丙基、4-羟基丁基、6-羟基己基、2-氨基乙基、2-氨基丙基、3-氨基丙基、4-氨基丁基、6-氨基己基、2-甲基氨基乙基、2-甲基氨基丙基、3-甲基氨基丙基、4-甲基氨基丁基、6-甲基氨基己基、2-二甲基氨基乙基、2-二甲基氨基丙基、3-二甲基氨基丙基、4-二甲基氨基丁基、6-二甲基氨基己基、2-羟基-2，2-二甲基乙基、2-苯氧基乙基、2-苯氧基丙基、3-苯氧基丙基、4-苯氧基丁基、6-苯氧基己基、2-甲氧基乙基、2-甲氧基丙基、3-甲氧基丙基、4-甲氧基丁基、6-甲氧基己基、2-乙氧基乙基、2-乙氧基丙基、3-乙氧基丙基、4-乙氧基丁基或6-乙氧基己基。
可插入一个或多个不相邻的氧和/或硫原子和/或一个或多个取代或未取代的亚氨基的C2-C18烷基例如为5-羟基-3-氧杂戊基、8-羟基-3，6-二氧杂辛基、11-羟基-3，6，9-三氧杂十一烷基、7-羟基-4-氧杂庚基、11-羟基-4，8-二氧杂十一烷基、15-羟基-4，8，12-三氧杂十五烷基、9-羟基-5-氧杂壬基、14-羟基-5，10-氧杂十四烷基、5-甲氧基-3-氧杂戊基、8-甲氧基-3，6-二氧杂辛基、11-甲氧基-3，6，9-三氧杂十一烷基、7-甲氧基-4-氧杂庚基、11-甲氧基-4，8-二氧杂十一烷基、15-甲氧基-4，8，12-三氧杂十五烷基、9-甲氧基-5-氧杂壬基、14-甲氧基-5，10-氧杂十四烷基、5-乙氧基-3-氧杂戊基、8-乙氧基-3，6-二氧杂辛基、11-乙氧基-3，6，9-三氧杂十一烷基、7-乙氧基-4-氧杂庚基、11-乙氧基-4，8-二氧杂十一烷基、15-乙氧基-4，8，12-三氧杂十五烷基、9-乙氧基-5-氧杂壬基或14-乙氧基-5，10-氧杂十四烷基。
如果两个基团形成环，则这些基团可一起形成稠合结构单元例如1，3-亚丙基、1，4-亚丁基、2-氧杂-1，3-亚丙基、1-氧杂-1，3-亚丙基、2-氧杂-1，3-亚丙基、1-氧杂-1，3-亚丙基、1-氮杂-1，3-亚丙基、1-C1-C4烷基-1-氮杂-1，3-亚丙基、1，4-亚丁-1，3-二烯基、1-氮杂-1，4-亚丁-1，3-二烯基或2-氮杂-1，4-亚丁-1，3-二烯基。
离子液体中的不相邻的氧和/或硫原子和/或亚氨基的数目原则上不受任何限制，或自动地受基团尺寸或环状结构单元尺寸的限制。通常而言，每个基团不多于5个，优选不多于4个，尤其是不多于3个。此外，通常有至少一个碳原子，优选至少两个碳原子存在于两个杂原子之间。
取代和未取代的亚氨基例如可为亚氨基、甲基亚氨基、异丙基亚氨基、正丁基亚氨基或叔丁基亚氨基。
“官能团”如下羧基、羧酰胺基、羟基、二(C1-C4烷基)氨基、C1-C4烷氧基羰基、氰基或C1-C4烷氧基。这里，C1-C4烷基为甲基、乙基、丙基、异丙基、正丁基、仲丁基或叔丁基。
可未取代或带有官能团、芳基、烷基、芳氧基、烷氧基、卤素、杂原子和/或杂环作为取代基的C6-C14芳基例如为苯基、甲苯基、二甲苯基、α-萘基、β-萘基、4-联苯基、氯苯基、二氯苯基、三氯苯基、二氟苯基、甲基苯基、二甲基苯基、三甲基苯基、乙基苯基、二乙基苯基、异丙基苯基、叔丁基苯基、十二烷基苯基、甲氧基苯基、二甲氧基苯基、乙氧基苯基、己氧基苯基、甲基萘基、异丙基萘基、氯代萘基、乙氧基萘基、2，6-二甲基苯基、2，4，6-三甲基苯基、2，6-二乙氧基苯基、2，6-二氯苯基、4-溴苯基、2-或4-硝基苯基、2，4-或2，6-二硝基苯基、4-二甲基氨基苯基、4-乙酰基苯基、甲氧基乙基苯基或乙氧基乙基苯基。
可未取代或带有官能团、芳基、烷基、芳氧基、烷氧基、卤素、杂原子和/或杂环作为取代基的C5-C12环烷基例如为环戊基、环己基、环辛基、环十二烷基、甲基环戊基、二甲基环戊基、甲基环己基、二甲基环己基、二乙基环己基，丁基环己基、甲氧基环己基、二甲氧基环己基、二乙氧基环己基、丁硫基环己基、氯代环己基、二氯代环己基、二氯代环戊基或饱和或不饱和的双环体系如降冰片烷基或降冰片烯基。
可未取代或带有相同基团作为取代基的五元或六元的含氧、氮和/或硫的杂环例如为呋喃基、噻吩基、吡咯基、吡啶基、吲哚基、苯并唑基、二氧杂环戊烯基、二氧杂环己烯基、苯并咪唑基、苯并噻唑基、二甲基吡啶基、甲基喹啉基、二甲基吡咯基、甲氧基呋喃基、二甲氧基吡啶基、二氟代吡啶基、甲基噻吩基基、异丙基噻吩基或叔丁基噻吩基。
优选R1、R2、R3、R4、R5、R6、R7、R8和R9各自相互独立地为氢、甲基、乙基、正丁基、2-羟基乙基、2-氰基乙基、2-(甲氧基羰基)乙基、2-(乙氧基羰基)乙基、2-(正丁氧基羰基)乙基、二甲基氨基、二乙基氨基或氯。
特别优选的吡啶离子(1a)为其中基团R1至R5之一为甲基、乙基或氯并且所有其它基团都为氢，或R3为二甲基氨基并且所有其它基团都为氢，或所有基团都为氢，或R2为羧基或羧酰氨基并且所有其它基团都为氢，或R1和R2或R2和R3一起为1，4-亚丁-1，3-二烯基并且所有其它基团都为氢的吡啶离子。
特别优选的哒嗪离子(Ib)为其中基团R1至R4之一为甲基或乙基或氯并且所有其它基团都为氢或所有基团都为氢的哒嗪离子。
特别优选的嘧啶离子(Ic)为其中R2至R4各自为氢或甲基且R1为氢、甲基或乙基，或R2和R4各自为甲基、R3为氢且R1为氢、甲基或乙基的嘧啶离子。
特别优选的吡嗪离子(Id)为其中R1至R4均为甲基或均为氢的吡嗪离子。
特别优选的咪唑离子(Ie)为其中R1相互独立地选自甲基、乙基、正丙基、正丁基、正戊基、正辛基、2-羟基乙基和2-氰基乙基且R2至R4相互独立地选自氢、甲基或乙基的咪唑离子。
特别优选的吡唑离子(If)为其中R1相互独立地选自氢、甲基和乙基，R2、R3和R4选自氢和甲基的吡唑离子。
特别优选的吡唑离子(Ig)和(Ig’)为其中R1相互独立地选自氢、甲基和乙基，R2、R3和R4选自氢和甲基的吡唑离子。
特别优选的吡唑离子(Ih)为其中R1至R4相互独立地选自氢和甲基的吡唑离子。
特别优选的1-吡唑啉离子(Ii)为其中R1至R6相互独立地选自氢和甲基的吡唑啉离子。
特别优选的2-吡唑啉离子(Ij)和(Ij’)为其中，相互独立地，R1选自氢、甲基、乙基和苯基且R2至R6选自氢和甲基的2-吡唑啉离子。
特别优选的3-吡唑啉离子(Ik)为其中，相互独立地，R1和R2选自氢、甲基、乙基和苯基且R3至R6选自氢和甲基的3-吡唑啉离子。
特别优选的咪唑啉离子(I1)为其中，相互独立地，R1和R2选自氢、甲基、乙基、正丁基和苯基，R3和R4选自氢、甲基和乙基并且R5和R6选自氢和甲基的咪唑啉离子。
特别优选的咪唑啉离子(Im)和(Im’)为其中，相互独立地，R1和R2选自氢、甲基和乙基并且R3至R6选自氢和甲基的咪唑啉离子。
特别优选的咪唑啉离子(In)和(In’)为其中，相互独立地，R1、R2和R3选自氢、甲基和乙基并且R4至R6选自氢和甲基的咪唑啉离子。
特别优选的噻唑离子(Io)和(Io’)或唑离子(Ip)和(Ip’)为其中，相互独立地，R1选自氢、甲基、乙基和苯基并且R2和R3选自氢和甲基的噻唑离子或唑离子。
特别优选的1，2，4-三唑离子(Iq)为其中，相互独立地，R1和R2选自氢、甲基、乙基和苯基并且R3选自氢、甲基和苯基的1，2，4-三唑离子。
特别优选的1，2，3-三唑离子(Ir)、(Ir’)和(Ir”)为其中，相互独立地，R1选自氢、甲基和乙基并且R2和R3选自氢和甲基或R2和R3一起为1，4-亚丁-1，3-二烯基并且所有其它基团都为氢的1，2，3-三唑离子。
特别优选的吡咯烷离子(Is)为其中，相互独立地，R1选自氢、甲基、乙基和苯基并且R2至R9选自氢和甲基的吡咯烷离子。
特别优选的咪唑烷离子(It)为其中，相互独立地，R1和R4选自氢、甲基、乙基和苯基，并且R2和R3以及R5至R8选自氢和甲基的咪唑烷离子。
在上述杂环阳离子中，优选吡啶离子和咪唑啉离子。
非常特别优选咪唑离子(Ie)，其中R、R1和R2独立地选自氢、甲基、乙基和丁基并且R3和R4各自为氢。
其它合适的阳离子为式(II)的季铵离子NRRaRbRc+(II)和式(III)的季离子PRRaRbRc+(III)。
Ra、Rb和Rc各自相互独立地为可插入一个或多个不相邻的氧和/或硫原子和/或一个或多个取代或未取代的亚氨基的C1-C18烷基、C2-C18烷基，或为C6-C12芳基、C5-C12环烷基或五元或六元的含氧、氮和/或硫的杂环，或这些基团中的两个一起形成可插入一个或多个氧和/或硫原子和/或一个或多个取代或未取代的亚氨基的不饱和的、饱和的环或芳环，其中所述基团各自可由官能团、芳基、烷基、芳氧基、烷氧基、卤素、杂原子和/或杂环取代，条件是三个基团Ra、Rb和Rc中的至少两个不同且基团Ra、Rb和Rc共具有至少8个，优选至少10个，特别优选至少12个，非常特别优选至少13个碳原子。
式中的R为氢或C1-C18烷基，优选C1-C10烷基，特别优选C1-C6烷基，例如甲基、乙基、正丙基、异丙基、正丁基、仲丁基、叔丁基、正戊基()、2-戊基(仲戊基)、3-戊基、2，2-二甲基丙-1-基(新戊基)和正己基，非常特别优选甲基。
优选Ra、Rb和Rc各自相互独立地为C1-C18烷基、C6-C12芳基或C5-C12环烷基的，特别优选C1-C18烷基，其中所述基团各自可由官能团、芳基、烷基、芳氧基、烷氧基、卤素、杂原子和/或杂环取代。
各个基团的实例已在上文给出。
基团Ra、Rb和Rc优选为甲基、乙基、正丙基、异丙基、正丁基、仲丁基、叔丁基、正戊基()、2-戊基(仲戊基)、3-戊基、2，2-二甲基丙-1-基(新戊基)、正己基、正庚基、正辛基、异辛基、2-乙基己基、1，1-二甲基丙基、1，1-二甲基丁基、苄基、1-苯基乙基、2-苯基乙基、1，1-二甲基苄基、苯基、甲苯基、二甲苯基、α-萘基、β-萘基、环戊基或环己基。
如果基团Ra、Rb和Rc中的两个形成链，则该链例如可为1，4-亚丁基或1，5-亚戊基。
借助上述基团R通过季铵化而由其衍生通式(II)的季铵离子的叔胺的实例为二乙基正丁胺、二乙基叔丁胺、二乙基正戊胺、二乙基己胺、二乙基辛胺、二乙基(2-乙基己基)胺、二正丙基丁胺、二正丙基正戊胺、二正丙基己胺、二正丙基辛胺、二正丙基(2-乙基己基)胺、二异丙基乙胺、二异丙基正丙胺、二异丙基丁胺、二异丙基戊胺、二异丙基己胺、二异丙基辛胺、二异丙基(2-乙基己基)胺、二正丁基乙胺、二正丁基正丙胺、二正丁基正戊胺、二正丁基己胺、二正丁基辛胺、二正丁基(2-乙基己基)胺、N-正丁基吡咯烷、N-仲丁基吡咯烷、N-叔丁基吡咯烷、N-正戊基吡咯烷、N，N-二甲基环己胺、N，N-二乙基环己胺、N，N-二正丁基环己胺、N-正丙基哌啶、N-异丙基哌啶、N-正丁基哌啶、N-仲丁基哌啶、N-叔丁基哌啶、N-正戊基哌啶、N-正丁基吗啉、N-仲丁基吗啉、N-叔丁基吗啉、N-正戊基吗啉、N-苄基-N-乙基苯胺、N-苄基-N-正丙基苯胺、N-苄基-N-异丙基苯胺、N-苄基-N-正丁基苯胺、N，N-二甲基对甲苯胺、N，N-二乙基对甲苯胺、N，N-二正丁基对甲苯胺、二乙基苄胺、二正丙基苄胺、二正丁基苄胺、二乙基苯胺、二正丙基苯胺和二正丁基苯胺。
优选的叔胺为二异丙基乙胺、二乙基叔丁胺、二异丙基丁胺、二正丁基正戊胺、N，N-二正丁基环己胺以及衍生于戊基异构体的叔胺。
特别优选的叔胺为二正丁基正戊胺和衍生自戊基异构体的叔胺。具有三个相同基团的另一优选的叔胺为三烯丙基胺。
特别优选的叔铵离子为甲基三丁基铵。
其它合适的阳离子为通式(IV)的胍离子 其中R如上所定义，基团Ra至Re各自相互独立地为具有1-20个碳原子且可为未取代的或可由1-5个杂原子或官能团插入或取代的含碳有机的，饱和或不饱和的，无环或环状的，脂族、芳族或芳脂族的基团，其中基团Ra和Rc还可相互独立地为氢；或在每种情况下，基团Ra和Rb和/或Rc和Rd相互独立地一起形成具有1-30个碳原子且可为未取代的或可由1-5个杂原子或官能团插入或取代的二价的，含碳有机的，饱和或不饱和的，无环或环状的，脂族、芳族或芳脂族的基团，其余基团如上所定义；或基团Rb和Rc一起形成具有1-30个碳原子且可为未取代的或可由1-5个杂原子或官能团插入或取代的二价的，含碳有机的，饱和或不饱和的，无环或环状的，脂族、芳族或芳脂族的基团，其余基团如上所定义。另外，基团Ra-Re具有上述对Ra-Rc所定义的含义。
就阴离子而言，原则上可使用所有阴离子。
离子液体的阴离子[Y]n-例如选自·如下式的卤化物和含卤素化合物的离子F-、Cl-、Br-、I-、BF4-、PF6-、AlCl4-、Al2Cl7-、Al3Cl10-、AlBr4-、FeCl4-、BCl4-、SbF6-、AsF6-、ZnCl3-、SnCl3-、CuCl2-、CF3SO3-、(CF3SO2)2N-、CF3CO2-、CCl3CO2-、CN-、SCN-、OCN-
·如下通式的硫酸根、亚硫酸根和磺酸根SO42-、HSO4-、SO32-、HSO3-、RaOSO3-、RaSO3-·如下通式的磷酸根PO43-、HPO42-、H2PO4-、RaPO42-、HRaPO4-、RaRbPO4-·如下通式的膦酸根和次膦酸根RaHPO3-、RaRbPO2-、RaRbPO3-·如下通式的亚磷酸根PO33-、HPO32-、H2PO3-、RaPO32-、RaHPO3-、RaRbPO3-·如下通式的亚膦酸根和次亚膦酸根RaRbPO2-、RaHPO2-、RaRbPO-、RaHPO-·如下通式的羧酸离子RaCOO-·如下通式的硼酸根BO33-、HBO32-、H2BO3-、RaRbBO3-、RaHBO3-、RaBO32-、B(ORa)(ORb)(ORc)(ORd)-、B(HSO4)4-、B(RSO4)4-·如下通式的硼酸根RaBO22-、RaRbBO-·如下通式的碳酸根(boronate)和碳酸酯HCO3-、CO32-、RaCO3-·如下通式的硅酸根和硅酸酯离子SiO44-、HSiO43-、H2SiO42-、H3SiO4-、RaSiO43-、RaRbSiO42-、RaRbRcSiO4-、HRaSiO42-、H2RaSiO4-、HRaRbSiO4-·如下通式的烷基硅烷离子或芳基硅烷离子RaSiO33-、RaRbSiO22-、RaRbRcSiO-、RaRbRcSiO3-、RaRbRcSiO2-、RaRbSiO32-·如下通式的羧酰胺离子、二(磺酰基)酰亚胺离子和磺酰亚胺离子 ·如下通式的烷醇根和芳醇根
RaO-·配合金属离子如Fe(CN)63-、Fe(CN)64-、MnO4-、Fe(CO)4-。
在这些式中，Ra、Rb、Rc和Rd各自相互独立地为氢，可插入一个或多个不相邻的氧和/或硫原子和/或一个或多个取代或未取代的亚氨基的C1-C18烷基、C2-C18烷基，或为C6-C14芳基、C5-C12环烷基或五元或六元的含氧、氮和/或硫的杂环，或这些基团中的两个一起形成可插入一个或多个氧和/或硫原子和/或一个或多个取代或未取代的亚氨基的不饱和的、饱和的环或芳环，其中所述基团各自可额外地由官能团、芳基、烷基、芳氧基、烷氧基、卤素、杂原子和/或杂环取代。
这里，可未取代或带有官能团、芳基、烷基、芳氧基、烷氧基、卤素、杂原子和/或杂环作为取代基的C1-C18烷基例如为甲基、乙基、丙基、异丙基、正丁基、仲丁基、叔丁基、戊基、己基、庚基、辛基、2-乙基己基、2，4，4-三甲基戊基、癸基、十二烷基、十四烷基、十七烷基、十八烷基、1，1-二甲基丙基、1，1-二甲基丁基、1，1，3，3-四甲基丁基、苄基、1-苯基乙基、α，α-二甲基苄基、二苯甲基、对甲苯基甲基、1-(对丁基苯基)乙基、对氯苄基、2，4-二氯苄基、对甲氧基苄基、间乙氧基苄基、2-氰基乙基、2-氰基丙基、2-甲氧基羰基乙基、2-乙氧基羰基乙基、2-丁氧基羰基丙基、1，2-二(甲氧基羰基)乙基、2-甲氧基乙基、2-乙氧基乙基、2-丁氧基乙基、二乙氧基甲基、二乙氧基乙基、1，3-二氧戊环-2-基、1，3-二烷-2-基、2-甲基-1，3-二氧戊环-2-基、4-甲基-1，3-二氧戊环-2-基、2-异丙氧基乙基、2-丁氧基丙基、2-辛氧基乙基、氯甲基、三氯甲基、三氟甲基、1，1-二甲基-2-氯乙基、2-甲氧基异丙基、2-乙氧基乙基、丁硫基甲基、2-十二烷硫基乙基、2-苯硫基代乙基、2，2，2-三氟乙基、2-羟基乙基、2-羟基丙基、3-羟基丙基、4-羟基丁基、6-羟基己基、2-氨基乙基、2-氨基丙基、3-氨基丙基、4-氨基丁基、6-氨基己基、2-甲基氨基乙基、2-甲基氨基丙基、3-甲基氨基丙基、4-甲基氨基丁基、6-甲基氨基己基、2-二甲基氨基乙基、2-二甲基氨基丙基、3-二甲基氨基丙基、4-二甲基氨基丁基、6-二甲基氨基己基、2-羟基-2，2-二甲基乙基、2-苯氧基乙基、2-苯氧基丙基、3-苯氧基丙基、4-苯氧基丁基、6-苯氧基己基、2-甲氧基乙基、2-甲氧基丙基、3-甲氧基丙基、4-甲氧基丁基、6-甲氧基己基、2-乙氧基乙基、2-乙氧基丙基、3-乙氧基丙基、4-乙氧基丁基或6-乙氧基己基。
可插入一个或多个不相邻的氧和/或硫原子和/或一个或多个取代或未取代的亚氨基的C2-C18烷基例如为5-羟基-3-氧杂戊基、8-羟基-3，6-二氧杂辛基、11-羟基-3，6，9-三氧杂十一烷基、7-羟基-4-氧杂庚基、11-羟基-4，8-二氧杂十一烷基、15-羟基-4，8，12-三氧杂十五烷基、9-羟基-5-氧杂壬基、14-羟基-5，10-氧杂十四烷基、5-甲氧基-3-氧杂戊基、8-甲氧基-3，6-二氧杂辛基、11-甲氧基-3，6，9-三氧杂十一烷基、7-甲氧基-4-氧杂庚基、11-甲氧基-4，8-二氧杂十一烷基、15-甲氧基-4，8，12-三氧杂十五烷基、9-甲氧基-5-氧杂壬基、14-甲氧基-5，10-氧杂十四烷基、5-乙氧基-3-氧杂戊基、8-乙氧基-3，6-二氧杂辛基、11-乙氧基-3，6，9-三氧杂十一烷基、7-乙氧基-4-氧杂庚基、11-乙氧基-4，8-二氧杂十一烷基、15-乙氧基-4，8，12-三氧杂十五烷基、9-乙氧基-5-氧杂壬基或14-乙氧基-5，10-氧杂十四烷基。
如果两个基团形成环，则这些基团可一起形成稠合结构单元例如1，3-亚丙基、1，4-亚丁基、2-氧杂-1，3-亚丙基、1-氧杂-1，3-亚丙基、2-氧杂-1，3-亚丙基、1-氧杂-1，3-亚丙基、1-氮杂-1，3-亚丙基、1-C1-C4烷基-1-氮杂-1，3-亚丙基、1，4-亚丁-1，3-二烯基、1-氮杂-1，4-亚丁-1，3-二烯基或2-氮杂-1，4-亚丁-1，3-二烯基。
离子液体中的不相邻的氧和/或硫原子和/或亚氨基的数目原则上不受任何限制，或自动地受基团尺寸或环状结构单元尺寸的限制。通常而言，每个基团不多于5个，优选不多于4个，尤其是不多于3个。此外，通常有至少一个碳原子，优选至少两个碳原子存在于两个杂原子之间。
取代和未取代的亚氨基例如可为亚氨基、甲基亚氨基、异丙基亚氨基、正丁基亚氨基或叔丁基亚氨基。
“官能团”如下羧基、羧酰胺基、羟基、二(C1-C4烷基)氨基、C1-C4烷氧基羰基、氰基或C1-C4烷氧基。这里，C1-C4烷基为甲基、乙基、丙基、异丙基、正丁基、仲丁基或叔丁基。
可未取代或带有官能团、芳基、烷基、芳氧基、烷氧基、卤素、杂原子和/或杂环作为取代基的C6-C14芳基例如为苯基、甲苯基、二甲苯基、α-萘基、β-萘基、4-联苯基、氯苯基、二氯苯基、三氯苯基、二氟苯基、甲基苯基、二甲基苯基、三甲基苯基、乙基苯基、二乙基苯基、异丙基苯基、叔丁基苯基、十二烷基苯基、甲氧基苯基、二甲氧基苯基、乙氧基苯基、己氧基苯基、甲基萘基、异丙基萘基、氯代萘基、乙氧基萘基、2，6-二甲基苯基、2，4，6-三甲基苯基、2，6-二乙氧基苯基、2，6-二氯苯基、4-溴苯基、2-或4-硝基苯基、2，4-或2，6-二硝基苯基、4-二甲基氨基苯基、4-乙酰基苯基、甲氧基乙基苯基或乙氧基乙基苯基。
可未取代或带有官能团、芳基、烷基、芳氧基、烷氧基、卤素、杂原子和/或杂环作为取代基的C5-C12环烷基例如为环戊基、环己基、环辛基、环十二烷基、甲基环戊基、二甲基环戊基、甲基环己基、二甲基环己基、二乙基环己基、丁基环己基、甲氧基环己基、二甲氧基环己基、二乙氧基环己基、丁硫基环己基、氯代环己基、二氯代环己基、二氯代环戊基或饱和或不饱和的双环体系如降冰片烷基或降冰片烯基。
五元或六元的含氧、氮和/或硫的杂环例如为呋喃基、噻吩基、吡咯基、吡啶基、吲哚基、苯并唑基、二氧杂环戊烯基、二氧杂环己烯基、苯并咪唑基、苯并噻唑基、二甲基吡啶基、甲基喹啉基、二甲基吡咯基、甲氧基呋喃基、二甲氧基吡啶基、二氟代吡啶基、甲基噻吩基基、异丙基噻吩基或叔丁基噻吩基。
非常特别优选的阴离子为Cl-、SCN-、SO42-、HSO4-、RaSO3-、RaOSO3-、RaRbPO4-、RaCOO-和B(HSO4)4-，其中Ra和Rb各自独立地选自甲基和乙基。
优选用于液环压缩机的离子液体例如为甲基三丁基硫酸铵、1-甲基咪唑氯化物、1-甲基咪唑硫酸氢盐、1-乙基-3-甲基咪唑氯化物、1-乙基-3-甲基咪唑硫酸氢盐、1-乙基-3-甲基咪唑甲基磺酸盐、1-乙基-3-甲基咪唑二乙基磷酸盐、1-乙基-3-甲基咪唑硫氰酸盐、1-乙基-3-甲基咪唑乙酸盐、1-乙基-3-甲基咪唑单乙基硫酸盐、1-丁基-3-甲基咪唑氯化物、1-丁基-3-甲基咪唑硫酸氢盐、1-丁基-3-甲基咪唑甲基磺酸盐、1-丁基-3-甲基咪唑二甲基磷酸盐、1-丁基-3-甲基咪唑硫氰酸盐、1-丁基-3-甲基咪唑乙酸盐、1-丁基-3-甲基咪唑单甲基硫酸盐、1-乙基-2，3-二甲基咪唑单乙基硫酸盐、1-乙基-2，3-二甲基咪唑二甲基磷酸盐、1-乙基-2，3-二甲基咪唑二乙基磷酸盐、1，2，3-三甲基咪唑二甲基磷酸盐、1，2，3-三甲基咪唑二乙基磷酸盐及其混合物。
特别优选将非腐蚀性且甚至具有钝化作用的离子液体作为工作液体用于液环压缩机。所述液体尤其包括具有硫酸根、磷酸根、硼酸根、四硫酸氢根合硼酸根(tetrakishydrogensulfatoborate)或硅酸根阴离子的离子液体。特别优选在离子液体中的无机盐溶液以及含有金属阳离子并具有式[A1]+[M1]+[Y]2-的离子液体，这改进了离子液体的热稳定性。为此非常特别优选使用碱金属和碱土金属或其盐。
因为离子液体不蒸发，因此压缩气体在液环压缩机中的压缩过程中不受污染，使用离子液体操作的液环压缩机还可用于压缩在其压缩后以纯净形式引入塔或反应器的气体。因此，进行非均相催化反应的气体必须满足极其严格的纯度要求。
离子液体还可用于在压缩过程中固体沉淀的情况下压缩气体。例如在H2S压缩中硫沉淀。当使用干压缩机压缩H2S时，沉淀的硫尤其导致了对干压缩机密封的损坏，因此降低了压缩机的操作性能。另一方面，当使用借助离子液体操作的液环压缩机时，沉淀的硫溶解于离子液体中。此外，硫化氢不受工作液体蒸发的污染，因为离子液体不蒸发。
气体压缩过程中以小滴形式夹带在气体中的离子液体例如可借助位于液环压缩机下游的除雾器与气体分离。
在下文中，借助附图更详细描述本发明。在附图中
图1显示在第一个实施方案中操作液环压缩机的工艺流程图，图2显示在第二个实施方案中操作液环压缩机的工艺流程图。
将待压缩气体经由进料管线1供入液环压缩机2。为防止任何气体经由进料管线1从液环压缩机2中流回，进料管线1装有单向阀3。将供入的气体在液环压缩机2中压缩。为此，将叶轮离心安装在液环压缩机2中。优选通过电动马达4驱动叶轮。工作液体存在于液环压缩机2中且由于叶轮旋转产生的离心力使其靠着压缩机体流动。这就在压缩机体中形成了液环。选择工作液体的用量以使即使在液环已形成时，安装在叶轮上的叶片的末端也浸入在液体中。这样，在液环压缩机2中在每种情况下形成由两个叶片和工作液体限定的室。由于向外流的液体以及由于叶轮的离心安装产生的旋转导致室的尺寸从压力侧向吸力侧增加，在室中产生低于大气压的压力并且该压力将气体经由进料管线1吸引至液环压缩机2的吸力侧。叶轮在液环压缩机2中离心安装导致单个室的体积在旋转中从吸力侧到压力侧减小。这样使气体在叶轮旋转过程中在室中压缩。将压缩气体经由连接管线5传输至液体沉淀器6中。在优选的实施方案中，液体沉淀器6同时用作工作液体的贮存容器。在液体沉淀器6中，将夹带在气体中的工作液体分离出来。
将除去工作液体的压缩气体经由输出管线7取出。
在这里描述的实施方案中，液体沉淀器6装有输入管8，经由该输入管可将工作液体引入工艺中。此外，液体沉淀器6装有安全阀9，当液体沉淀器6中压力超过可容许的操作压力时该阀打开。液体沉淀器6中的压力借助压力计10来监测。液体沉淀器6中工作液体的用量借助液面指示器11来监测。
当超过液体沉淀器中液体的可容许量时，部分工作液体可经由排出阀12从液体沉淀器6中排出。
通过夹带在压缩气体中而由液环压缩机2损失的工作液体经由回流管线13返回。
回流管线13装有过滤器14，在过滤器中将固体颗粒从工作液体中分离出来。聚集在工作液体中的固体颗粒例如为可由叶轮或液环压缩机体上的气蚀形成的金属颗粒。
此外，回流管线13装有换热器15，在换热器中将工作液体加热或冷却至操作温度。
回流的工作液体的流动借助节流阀16设定以使液环压缩机2中液体的量保持不变。
回流的工作液体的压力借助同样安装在回流管线13上的压力计17监测。
为防止气体经由输出管线7回流入液体沉淀器6中，输出管线7装有单向阀18。
除了示于图1的实施方案外，在图2中将除雾器19安装在液体沉淀器6中。在除雾器19中，将液滴与气体分离。合适的除雾器19例如为编织金属丝结构体、无规填充单元或规整填充物。
为控制工作液体的温度，可将换热器20额外安装在液体沉淀器6中。可将工作液体借助换热器20加热或冷却至操作温度。换热器20的合适类型例如为单旋管或双夹套的管壳式换热器，在每种情况下传热介质流过换热器。传热介质例如为传热油、水或料流。除了借助液体或气体传热介质加热以外，工作液体还可电加热。
此外，在示于图2的实施方案中将泵21安装在回流管线13中。泵21迫使工作液体经由回流管线13进入液环压缩机2中。对于压缩机设备的启动尤其需要泵21，以使操作液环压缩机2所需量的工作液体从液体沉淀器6传输至液环压缩机2。
图2中的虚线表示辅助加热设备22。该设备在工作液体的温度与环境温度非常不同时尤其需要。辅助加热设备22确保工作液体维持在恒定温度。尤其是在离子液体的熔点高于环境温度的情况下，辅助加热设备22可防止离子液体变成固体并因此破坏液环压缩机2的操作。在示于图2的变型方案中，辅助加热设备加热连接管线5、回流管线13、泵21、过滤器14、节流阀16以及液环压缩机2。除了加热工作液体流经的所有设备外，它还可仅仅加热单独的设备或管线。
此外，可用冷却代替辅助加热设备22并冷却工作液体流经的设备和管线。
尤其是在离子液体的熔点高于环境温度的情况下，为防止排出阀12和相连管线被固化的离子液体阻塞，在示于此的实施方案中，这些设备同样装有辅助加热设备。
实施例为检测作为液环压缩机的工作液体的离子液体的适用性，在每种情况下在室温(25℃)和在80℃下检测粘度。
粘度为10-200mPas的离子液体适合用作液环压缩机的工作液体。
在25℃和80℃的粘度示于下表
表中所用的缩写具有如下含义HMIM1-甲基咪唑EMIM1-乙基-3-甲基咪唑BMIM1-丁基-3-甲基咪唑MMIM1，2，3-三甲基咪唑EMMIM1-乙基-2，3-二甲基咪唑MTBS甲基三丁基硫酸铵DEP二乙基磷酸盐DMP二甲基磷酸盐没有报告在25℃下的粘度的离子液体在此温度下仍为固态。
所测粘度显示离子液体取决于其组成可在不同温度使用。因此，EMIMCH3SO3、EMIM DEP、EMIM SCN、EMIM乙酸盐、EMIM EtOSO3和BMIM SCN甚至在25℃的操作温度下可用作液环压缩机的工作液体，。HMIM Cl、HMIM HSO4、MTBS、EMIM Cl、EMIM HSO4、EMIMCH3SO3、EMIM DEP、EMIM EtOSO3、BMIM Cl、BMIM HSO4、BMIMDMP、BMIM 乙酸盐、BMIM MeOSO3、EMIM EtOSO3和MMIM/EMIM-DMP/DEP可在80℃的操作温度下使用。
从表中所给出的值可以看出粘度随温度升高而降低。
在操作温度下离子液体的粘度仅仅略高于10mPas的情况下，因此必须注意确保不对工作液体进一步加热并将其例如在安装在液体回路中的换热器中冷却。
类似地，在操作温度下离子液体的粘度仅仅略低于200mPas的情况下，必须注意确保不使液环压缩机中的操作温度进一步降低。
最后，从表中可以看出尤其是EMIM CH3SO3、EMIM DEP和EMIMEtOSO3在25℃和80℃下使用，因此可在广泛的温度范围内使用。
参考数字的列表1进料管线2液环压缩机3单向阀4电动马达5连接管线6液体沉淀器7输出管线8输入管9安全阀10压力计11液面指示器12排出阀13回流管线14过滤器15换热器
16节流阀17压力计18单向阀19除雾器20换热器21泵22辅助加热设备
权利要求
1.一种操作具有离心安装在压缩机体中的叶轮的液环压缩机的方法，其中将气体在吸力侧供入液环压缩机并且气体从所述液环压缩机的压力侧喷出，该方法包括如下步骤i)通过使离心安装在所述压缩机体中的叶轮旋转在所述压缩机体的内部产生液环，ii)将气体吸入所述叶轮的叶片和所述液环之间形成的室中，iii)由于叶轮旋转及其离心安装在吸力侧至压力侧变小的所述室中压缩空气，iv)压缩气体在所述压力侧喷出，其中将离子液体用作产生所述液环的工作液体。
2.根据权利要求1的方法，其中所述吸力侧的压力小于大气压且所述压力侧的压力等于大气压。
3.根据权利要求1的方法，其中所述吸力侧的压力等于大气压且所述压力侧的压力大于大气压。
4.根据权利要求1-3中任一项的方法，其中将在所述压力侧喷出的气体传输至液体沉淀器。
5.根据权利要求4的方法，其中将所述液体沉淀器中分离出的液体回流至所述液环压缩机。
6.根据权利要求1-5中任一项的方法，其中将所述离子液体流经的设备通过加热或冷却维持在操作温度。
7.根据权利要求1-6中任一项的方法，其中在所述液环压缩机的操作温度下所述离子液体的粘度为10-200mPas。
8.根据权利要求1-7中任一项的方法，其中在所述液环压缩机的操作温度下所述离子液体为化学惰性且热稳定。
9.根据权利要求1-8中任一项的方法，其中所述离子液体不具腐蚀性。
10.根据权利要求1-9中任一项的方法，其中所述离子液体熔点低于100℃。
11.根据权利要求1-10中任一项的方法，其中所述液环压缩机的操作温度为25-100℃。
12.根据权利要求1-11中任一项的方法，其中所述离子液体含有硫酸根、硫酸氢根、烷基硫酸根、硫氰酸根、磷酸根、硼酸根、四硫酸氢根合硼酸根或硅酸根离子。
13.离子液体在操作液环压缩机中的用途。
全文摘要
本发明涉及一种操作在压缩机体中离心安装有叶轮的液环压缩机的方法。将气体在吸力侧供入液环压缩机并且从液环压缩机的压力侧喷出气体。通过叶轮的旋转在液环压缩机的压缩机体内部产生液环。叶轮的叶片和液环之间形成室并将气体吸入所述室中。由于离心安装的叶轮的旋转，在从吸力侧至压力侧向内变小的室中压缩气体。压缩气体在压力侧喷出。将离子液体用工作液体以操作液环压缩机。
文档编号F04C19/00GK101023270SQ200580031478
公开日2007年8月22日 申请日期2005年9月16日 优先权日2004年9月17日
发明者C·米勒, M·赛辛, M·菲纳, O·胡腾洛赫, E·施特勒费尔 申请人:巴斯福股份公司