专利名称：用于气体吸着的离子液体和装置的使用方法
技术领域：
本发明涉及使用离子液体的方法，特别是用于吸着具有电多极矩的气体或者蒸汽的方法。此外，本发明涉及用于吸着气体或者蒸汽的装置。
背景技术：
二氧化碳(CO2)是存在于许多气体源中的不期望的稀释剂。为了提高气体的品质，应当将CO2除去到可接受的规格。在气体加工工业中，已经使用了不同的技术用于除去CO2, 包括化学溶剂、物理溶剂和隔膜。迄今为止，化学溶剂(其是与CO2可逆反应的)最普遍的用于除去CO2。此外，从气态流中除去CO2的方法是已知的，其包括将含有CO2的气态流与吸收剂接触，该吸收剂包含l-20wt的水和含有吡啶或者咪唑阳离子和阴离子的离子液体，其中所述的接触是在吸收条件下进行的，来从含有CO2的气态流中吸收至少一部分的CO2,和形成 CO2吸收剂络合物。其后，回收该具有降低的(X)2含量的气态产物。但是，该已知的除去CO2的方法是昂贵的。发明目的和内容
本发明的目的是提供除去气态或者蒸汽组分的方法和除去气态或者蒸汽组分的装置， 其能够节约使用或者比已知的方法更廉价。这个目的可以通过根据独立权利要求的使用离子液体的方法，特别是用于吸着具有电多极矩的气体或者蒸汽的方法和用于吸着气体或者蒸汽的装置来解决。另外的示例性实施方案描述在从属权利要求中。根据本发明的示例性方面，提供了将离子液体用于吸着具有电多极矩的气体的方法，其中该离子液体包含阴离子和非芳族阳离子。应当注意的是根据本申请，术语“气体”和 “气态”和“蒸汽”和“蒸汽态”可以分别互换使用，即，在这些两个术语之间没有区别。特别地，该电多极矩可以是电偶极矩和/或电四极矩。该吸着可以是吸附或者吸收。该离子液体可以是纯离子液体，即，基本上仅仅含有阴离子和阳离子的液体，同时不含其他组分，例如水。可选择的，可以使用含有该离子液体和溶剂或者另外的化合物例如水的溶液。例如，非该离子液体的其他组分的含量可以是35质量％或者更低，特别是小于30质量％，小于20质量％，小于10质量％，或者甚至小于5质量％，其中对于全部上述范围来说， 下限可以是大约lOppm。但是，在水作为其他组分的情况中，该范围可以是大约10ppm-50% 质量，特别是大约10ppm-35%质量，大约10ppm-20%质量，大约10ppm-10%质量，或者甚至大约10ppm-5%质量。在本文上下文中，应当注意根据具体的实施方案，该吸着可以通过离子液体本身来进行，例如可以具体是物理吸着。通常，该离子液体还可以进行化学吸着、物理吸着或者组合的化学-物理吸着。这种方法必须区别于这样的方法，在其中离子液体仅仅形成了化合物或者组分例如聚合物的溶剂，其因此充当了用于具有电多极矩的气体的吸着齐U。即，根据本发明具体的实施方案，该离子液体可以形成吸着具有电多极矩的气体的的吸着剂。因此，根据示例性实施方案的方法可以包含步骤通过离子液体吸附具有电多极矩的气体，其中该离子液体可以是纯的或者基本纯的离子液体或者可以包括一些具有仅仅很少，例如小于35质量％的另外的组分的添加剂。在最普遍的形式中，该离子液体可以用[Q+] n[Zn_]来代表，其中Q代表非芳族阳离子，并且其可以通过例如W02005/021484所述的方法来生产，该文献在此引入作为参考。根据本发明的示例性方面，提供了用于吸着具有电多极矩的气体的装置，其中该装置包含离子液体的贮器，该离子液体包含阴离子和非芳族阳离子。特别地，该装置可以包括入口、包含该离子液体的容器和任选地出口。该装置可以用于从选自回收气体、合成气体、水煤气(water gas)、天然气、纳入的空气(inhaled air) 和放出的空气(exhaled air)的介质中吸着具有电多极矩的气体例如C02。特别地，该装置可以是热泵。该热泵可以包含回路，该回路包含作为工作介质的CO2和包含阴离子和非芳族阳离子的该离子液体。特别地，在热泵中使用成对的(a pair of )含有CO2和离子液体的工作介质会是有利的，因为ω2是无毒的，其与其他可汽化的工作物质相比，较少涉及环境问题。根据本发明的示例性方面，提供了使用离子液体来吸着具有电多极矩气体的方法，其中该离子液体包含负碳离子和阳离子。使用该离子液体的非芳族阳离子能够提供会比使用芳族阳离子更廉价和更安全的离子液体。这样的离子液体可以是适于从气体混合物中吸着具体气体例如CO2或者蒸汽的介质，并且也可以适于重新释放这些具体气体或者蒸汽。该具体的气体和离子液体可以形成络合物，即，该具体的气体可以是络合结合的。根据一些示例性实施方案，甚至可以除去固体化合物形式的络合结合物(complex bound)。使用这样的离子液体来吸着气体会是有利的，因为离子液体的使用会表现出没有或者至少基本上没有蒸汽压力，例如没有可测出的蒸汽压力或者甚至没有钢的相同数量级的蒸汽压力。因此，该气体或者气体的混合物不会被该离子液体的蒸汽污染。此外，与其中使用芳族离子液体的情况相比，使用非芳族离子液体能够提高该吸着方法的性能。例如，使用非芳族离子液体除去CO2会表现出提高的性能，甚至在其中(X)2的蒸汽压力较低的情况中也是如此。但是，可选择的，在该离子液体包含负碳离子的情况中，还可以使用具有芳族阳离子的离子液体。即，当使用包含负碳离子的离子液体时，该阳离子可以是芳族或者非芳族阴
1 子。接着，描述了使用离子液体来吸着气体的方法的示例性实施方案的另外的方面。 但是，这些实施方案也应用于吸着气体的装置。根据使用离子液体的方法的示例性实施方案，该非芳族阳离子是脂肪族阳离子。 术语“脂肪族阳离子”还可以包括具有脂肪族侧链的阳离子。脂肪族阳离子可以是用于离子液体的合适的非芳族阳离子，其比典型的芳族阳离子廉价和/或低毒。根据该使用离子液体的方法的示例性实施方案，该离子液体满足通式[Q+] [A—]，其中该阴离子可以通过下面的结构之一来描述
Dl
R'
_ 和 I.·
χY XR权利要求
1.将离子液体用于吸着具有电多极矩的气体的方法，其中该离子液体包含阴离子和非芳族阳离子。
2.根据权利要求1的使用离子液体的方法，其中该非芳族阳离子是脂肪族阳离子。
3.根据权利要求1或者2的使用离子液体的方法，其中该非芳族阳离子是季化材料。
4.根据权利要求1-3中任一项的使用离子液体的方法，其中该气体选自以下中的一种H2O, HCN, H2S, H2Se, H2Te, CO2, CO, CS2, COS, CF2O, CF2S, O3, NO, NO2, N2O, N2O3, NOCl, NF3, HNO2, HNO3, RC0R，，RCOH, RC00H, CF3SO3H, CF3COOH, RC00R'，R0H, R0R, RSH, RSR, R0C1, ROBr, RONH2, RONHR', R0NR，R，，，RSO2Cl, RSO2Br, R0CN, RC0N, RCN, HF, HCl, HBr, HI, SO2, SO3, NH3, NH2R, NHR，R，，，NR，R，，R，，，，PH3, PH2R, PHR，R，，， PR，R，，R，，，，BF3, BCl3, BBr3, B2H6, BrF3, ClF3, ClF5, C1CN, IF5, AsH3, CH3F, CH3Cl, CH3Br, CH3I, POCl2, PSCl2, PF5, SF4, SF6, SO2F2, SO2Cl2, S0C1, H2C=CHBr, H2C=CHCl 禾口环氧乙烷。
5.根据权利要求4的使用离子液体的方法，其中R、R’、R’’和/或R’’’中的至少一种是选自以下的部分C1-C8-烷基，烯基，炔基，环烷基，环烯基，芳基和杂芳基。
6.根据权利要求1-5中任一项的使用离子液体的方法，其中该阴离子包含碳酸盐，碳酸烷基酯，碳酸芳基酯，羧酸盐，负碳离子和/或芳族化合物。
7.根据权利要求1-6中任一项的使用离子液体的方法，其中该离子液体满足通式[Q+][A—]，其中该阴离子可以通过下面结构中的一种来表示
8.根据权利要求1-6中任一项的使用离子液体的方法，其中该离子液体满足通式[Q+] a[Aa_]，其中具有电荷a-的[Aa_]选自二烷基酮，二烷基-1，3-二酮，烷基-β-酮酯，端炔烃，线性或者环状1，3_硫醚，膦酸二烷基酯，二烷基丙二酸酯，氰基碳酸和它们各自的烷基酯，烷氧基碳酸和它们各自的烷基酯，氰基腈，环戊二烯(任选地是取代的)， 三烷基亚胺，二烷基亚胺，二芳基酮，烷基-芳基-酮，二芳基-1，3- 二酮，烷基-芳基-1， 3-二酮，芳氧基碳酸和它们各自的烷基酯，芳氧基碳酸和它们各自的芳基酯，芳基-β -酮酯，二芳基膦酸酯，烷基-芳基-膦酸酯，二芳基丙二酸酯，烷基-芳基-丙二酸酯，氰基碳酸芳基酯和芳基亚胺。
9.根据权利要求1-6中任一项的使用离子液体的方法，其中该离子液体满足通式⑷+] a[Aa_]，其中[Aa_]是负碳离子，其是通过脱质子化选自下面的化合物来形成的乙酰乙酸酯，丙二酸单腈，丙二酸二甲基酯，丙二酸二乙基酯，乙酰基丙酮，丙二酸二腈，丙酮，二乙基酮，甲基乙基酮，二丁基酮，1,3- 二噻烷，乙醛，苯甲醛，巴豆醛和丁醛。
10.根据权利要求1-9中任一项的使用离子液体的方法，其中该阴离子包含至少一个极性基团。
11.根据权利要求1-10中任一项的使用离子液体的方法，其中该阳离子是选自下面的季化或者质子化的阳离子铵，清，锍，哌啶H，吡咯烷Il和吗啉锌!。
12.根据权利要求1-11中任一项的使用离子液体的方法，其中该阳离子选自下面的一种三烷基甲基铵，四甲基铵，三乙基甲基铵，三丁基甲基铵，三辛基甲基铵，三烷基铵，三甲基铵，三乙基铵，三丁基铵和三辛基铵。
13.根据权利要求1-12中任一项的使用离子液体的方法，其中该阳离子是选自下面的一种四甲基铵，三乙基甲基铵，三丁基甲基铵和三辛基甲基铵。
14.根据权利要求1-13中任一项的使用离子液体的方法，其中该阴离子可以写成 [RCO2I的形式，其中[RCO2I是选自下面的一种羧酸盐，甲酸盐，乙酸盐，丙酸盐，丁酸盐， 苯甲酸盐和水杨酸盐。
15.根据权利要求1-14中任一项的使用离子液体的方法，其中该阴离子可以写成 [RCO2I的形式，其中[RC02_]是羧酸盐，其中R是选自下面的基团=C1-C3tl-烷基，C3-C12-环焼基，C2_C30_ 烯基，C3-C12-环烯基，C2-C3tl-炔基，芳基和杂芳基。
16.根据权利要求1-15中任一项的使用离子液体的方法，其中该阴离子可以写成 [RCO2I的形式，其中[RC02_]是羧酸盐，其中R代表选自下面的1-3种基团C1-C6-烷基，芳基，杂芳基，C3-C7-环烷基，卤素，氰化物，ORc, SRc, NRcRd, CORc, COORc, CO-NRcRd，其中 Rc 和/或Rd是选自下面的一种氧，C1-C6-烧基，C1-C6-卤素烷基，环戊基，环己基，苯基，甲苯基禾口节基。
17.根据权利要求1-16中任一项的使用离子液体的方法，其中该气体是C02。
18.根据权利要求17的使用离子液体的方法，其中CO2是从选自以下的介质中吸着的 回收气体，合成气体，水煤气，吸入的空气和呼出的空气。
19.用于吸着具有电多极矩气体的装置，该装置包含包含阴离子和非芳族阳离子的离子液体的贮器。
20.根据权利要求19的装置，其中该装置是热泵，和其中该热泵包含回路，该回路包含作为工作介质的(X)2和包含阴离子和非芳族阳离子的离子液体。
21.将离子液体用于吸着具有电多极矩气体的方法，其中该离子液体包含负碳离子和阳离子。
22.根据权利要求21的使用方法，其中该离子液体满足通式[Q+]a[Aa_]，其中⑷]+选自下面的一种季铵阳离子[RrR1R2R3N]+, ft [I^R1R2R3P]+,琉[R1VR2S]+和杂芳族阳离子。
全文摘要
提供了将离子液体用于吸着具有电多极矩的气体的方法，其中该离子液体包含阴离子和非芳族阳离子。具体的，该电多极矩可以是电偶极矩和/或电四极矩。该吸着可以是吸附或者吸收。该离子液体可以是纯离子液体，即，基本上仅仅含有阴离子和阳离子，而不含有其他组分例如水的液体。可选择的，可以使用含有该离子液体和溶剂或者另外的化合物例如水的溶液。
文档编号C07C381/12GK102481513SQ201080028274
公开日2012年5月30日 申请日期2010年6月22日 优先权日2009年6月25日
发明者卡尔布 R. 申请人:Vtu 控股有限责任公司