专利名称：一类阴离子含双Lewis碱官能团的离子液体化合物及其制法和用途的制作方法
技术领域：
本发明涉及阴离子一类阴离子同时含有羧酸根和叔胺两种Lewis碱官能团的功能化离子液体；本发明还涉及将此类离子液体用于选择性脱除硫化氢的用途。
背景技术：
硫化氢(H2S)是一种广泛存在于天然气、合成气、煤气化气以及加氢脱硫气中的剧毒腐蚀性气体。硫化氢的脱除对于能源的安全利用来说至关重要。脱除后的硫化氢解吸出来后再经硫磺回收工艺(如Claus工艺)可转化为硫磺，以便安全存储并加以有效利用。而在这些管道气中除甲烷和氮气等惰性气体外，通常也含有大量的二氧化碳(CO2),因此，从高C02/H2S比的管道气中选择性脱除H2S对于提高H2S分离效率及后续工艺的效率来说具有极其重要的意义。工业上通常使用叔胺(如MDEA，DIPA)或位阻胺(如TBE，TBEE)水溶液来从高CO2/H2S比的管道气中选择性脱除H2S。但使用有机胺水溶液存在许多缺陷，如:有机胺易挥发，会产生挥发性有机化合物(VOC)而污染环境；有机胺易降解变质，对设备腐蚀严重；吸收剂中含有大量水，水汽易被带入净化气和解吸气中，且水的潜热大，升温解吸过程能耗高；更为重要的是，虽然叔胺水溶液吸收CO2的速率很慢，但其对CO2的平衡吸收容量却很高，导致溶液对H2S的吸收容量降低，且H2S脱除分离的选择性极度依赖于动力学条件的选择，这给过程设计带来很大的困难。因此，使用有机胺水溶液来选择性脱除H2S并不是一种环境友好且节能高效的方法，且其过程设计应用也有诸多制约因素。离子液体是近年来兴起的一种新型“绿色溶剂”，它是一种在室温或100°C内呈液态，且由有机阴阳离子组成的有机熔融盐。离子液体具有挥发性极低、熔点低、热稳定性高及溶解能力强等优点。许多研究表明，离子液体对酸性气体具有良好的吸收性能，相对惰性气体的分离选择性高，且离子液体的几乎不挥发性可以有效避免气体吸收过程中的汽液交叉污染所带来的一系列环境问题。另外，相对于传统的水溶剂来说，离子液体的热容较低，也不会因挥发而消耗潜热，故吸收剂升温解吸再生过程所需的总能耗(包括显热和潜热两部分)就较低。因此，离子液体是一种高效、节能的新型绿色气体吸收剂。目前，对离子液体用于酸性气体吸收的研究主要集中在CO2捕集与烟气脱硫领域，对于H2S的脱除则关注较少。Jalili AH等测定了 H2S在一系列咪唑类普通离子液体中的溶解度(J.Chem.Eng.Data.2009, 2010; J.Chem.Thermodyn.2009, 2010;Fluid.Phase.Equlibr.2010; J.Phys.Chem.B.2012)，中国专利 CN101961598A 也报道了一种用[CPL][TBAB]类离子液体吸 收H2S的方法。虽然H2S在这些离子液体中的溶解度要大于CO2,且远远大于N2和CH4等惰性气体，但H2S的溶解度仍然很低，无法与有机胺相比，而且H2S/C02吸收选择性也较低。开发既具有高H2S吸收量，且H2S/C02吸收选择性好的离子液体H2S吸收剂对于推动将离子液体用于H2S的选择性脱除具有重要意义。
发明内容
为解决现有离子液体脱除H2S技术中存在的问题，本发明提供一类阴离子同时含有弱Lewis碱性的羧酸根基团和叔胺基团的功能化离子液体，以及将其用于选择性脱除H2S的方法。本发明通过在离子液体的阴离子结构中同时引入羧酸根基团和叔胺基团，利用二者的弱Lewis碱性与H2S分子中的两个活性质子同时相互作用形成“钳形”氢键来提高H2S吸收量(如式I所示)，这里所说的叔胺基团既可以是三烷基胺类叔胺基团，也可以是杂环上的三级胺基团。同时，由于CO2分子中无活性质子，它与羧酸根基团和叔胺基团之间仅仅存在更弱的Lewis酸碱作用，由此大大限制了 CO2的吸收量，从而获得了同时具有高H2S吸收量和高H2S/C02吸收选择性的离子液体吸收剂。
权利要求
1.一类阴离子含双弱Lewis碱性官能团的离子液体，其特征是:阳离子为四烷基季铵、四烷基季膦或N，N-二烷基咪唑，阴离子为同时含有弱Lewis碱性的羧酸根基团和叔胺基团的有机阴尚子。
2.根据权利要求1所述的阴离子含双弱Lewis碱性官能团的离子液体，其特征是:所述的阳离子结构有下式所示的三个结构:
3.根据权利要求1所述的阴离子含双弱Lewis碱性官能团的离子液体，其特征是:所述的阴离子选自N，N-二甲基甘氨酸、4-吗啉乙酸、咪唑-1-乙酸、四氮唑-1-乙酸、烟酸、异烟酸或2-吡啶甲酸的酸根阴离子中的一种。
4.权利要求1所述的阴离子含双弱Lewis碱性官能团的离子液体在选择性脱除H2S中的应用。
全文摘要
一类阴离子含双弱Lewis碱性官能团的离子液体，其阳离子为四烷基季铵、四烷基季膦或N，N-二烷基咪唑，阴离子为同时含有弱Lewis碱性的羧酸根基团和叔胺基团(三烷基胺或杂环上的三级胺)的有机阴离子。用本发明的阴离子含双弱Lewis碱性官能团的离子液体选择性脱除H2S，在H2S分压分别为10kPa、20kPa、50kPa和100kPa时，H2S的吸收量与离子液体的摩尔比分别为0.409、0.484、0.638、0.809。在压力为10kPa、20kPa、50kPa和100kPa时，该离子液体对H2S/CO2的理想吸收选择性分别为60.3、39.1、21.8和15.8。本发明公开了其制法。
文档编号C07D233/64GK103159632SQ20131006540
公开日2013年6月19日 申请日期2013年2月28日 优先权日2013年2月28日
发明者吴有庭, 黄宽, 蔡大牛, 胡兴邦, 张志炳 申请人:南京大学