一步法处理含硫化氢和氨混合气的方法技术

本发明专利技术涉及一种一步法脱硫脱氨工艺，首先制备铁基离子液体如[Bmim]FeCl4，然后将含硫化氢和氨的混合气通入上述铁基离子液体中，二者经充分混合反应脱硫脱氨后，得到净化气；之后将铁基离子液体再生并循环利用。本发明专利技术还涉及进行该脱硫脱氨工艺的装置。本发明专利技术方法使含硫化氢和氨的混合气净化工艺集成化并简单化，实现了废物资源化，是一种绿色高效脱除工艺，可以对煤炼焦、煤气化、沼气、合成氨尾气、克劳斯尾气等硫化氢和氨气同时存在的体系实现低成本地联合脱硫脱氨。

【技术实现步骤摘要】
【专利摘要】本专利技术涉及一种一步法脱硫脱氨工艺，首先制备铁基离子液体如FeCl4，然后将含硫化氢和氨的混合气通入上述铁基离子液体中，二者经充分混合反应脱硫脱氨后，得到净化气；之后将铁基离子液体再生并循环利用。本专利技术还涉及进行该脱硫脱氨工艺的装置。本专利技术方法使含硫化氢和氨的混合气净化工艺集成化并简单化，实现了废物资源化，是一种绿色高效脱除工艺，可以对煤炼焦、煤气化、沼气、合成氨尾气、克劳斯尾气等硫化氢和氨气同时存在的体系实现低成本地联合脱硫脱氨。【专利说明】
本专利技术涉及一种，使含硫化氢和氨的混合 气净化工艺集成化并简单化，实现了废物资源化，是一种绿色高效脱除工艺，属于气体污染 控制及废物资源化利用领域。
技术介绍
硫化氢（H2S)是一种无色有臭鸡蛋气味的有毒气体。氨气（NH3)是一种无色有刺 激性气体，氨气大量存在于煤化工生产过程中，对人体有害，而且腐蚀设备，直接燃烧后会 生成氮氧化物污染环境，并能形成酸雨，因此采取合理有效的措施处理显得尤为重要。硫化 氢和氨气往往同时存在于煤炼焦、煤气化、沼气、合成氨尾气、克劳斯尾气等体系中。二者的 存在会引起生产设备及管道的腐蚀，后续生产化学反应催化剂中毒失活；工业废气直接排 放或工业生产过程中燃烧产生的废气危害人体健康，产生严重的环境污染，破坏生态平衡。 因此硫化氢和氨的含量都必须降低到一定的安全阈值。 脱硫的常用方法一般分为湿法脱硫和干法脱硫。湿法脱硫适用于粗脱硫，脱硫效 率较高，因而应用比较广泛。其不足之处在于，由于大多数反应催化体系为水溶液，随着反 应的进行，副产物水不断地稀释着该催化反应体系，导致催化剂活性浓度降低，因此为了使 反应或生产得以进行，必须不断地向反应体系中补充催化剂，最终导致产生大量废水，这样 一方面增加了运行费用，另一方面使体系中存在硫堵和盐堵等问题，而且脱硫产物硫磺回 收困难；干法脱硫主要应用于精脱硫，同样存在脱硫剂再生困难的问题，另外其催化剂难以 适应大气量工艺过程。 目前主要脱氨工艺包括浓氨水工艺、生产硫酸铵工艺、生产无水氨工艺、氨分解与 焚烧工艺、副产农用碳酸氢铵新工艺等。不过上述方法都有各自的不足，例如，浓氨水工艺 设备腐蚀严重，产品质量差，工艺过程会造成环境污染，目前已很少采用；生产硫铵工艺是 氨回收的传统方法，吸收效果比较好，生成固体产品容易保存和运输，对环境无污染，但该 工艺的致命缺点是回收硫铵的收入远远不够支付其生产费用；无水氨生产方法主要是用弗 萨姆法生产无水氨，其氨回收率高、自动化程度高、无污染，但由于介质具有一定的腐蚀性， 且解吸、精馏操作要求在较高的压力下进行，故对设备材质要求较高，该工艺的经济性受生 产规模影响较大，规模过小时，既不经济也不易操作；氨分解与焚烧工艺经济实用，但适用 范围有限；副产物农用碳酸氢铵新工艺成本低廉，安全环保，目前停留在研究阶段，离实际 应用尚远。 无论从大气污染控制角度还是从废物资源化角度来看，都亟需一种能够对煤炼 焦、煤气化、沼气、合成氨尾气、克劳斯尾气等硫化氢和氨气同时存在的体系实现低成本地 联合脱硫脱氨，并且脱除效率高、脱硫脱氨液可再生循环使用。传统硫化氢和氨的净化大多 是两个独立的工序，致使整个净化过程流程长，成本高、操作复杂化。 离子液体（Ionic Liquids)又称为室温离子液体，是在室温条件下呈液态的物质， 由不对称的有机阳离子和有机或无机阴离子组成。根据其在水中的溶解情况可以分为疏水 性离子液体，如疏水性离子液体 (Bmim为1-甲基-3- 丁基咪唑阳离子)，和亲 水性离子液体。离子液体具有污染少，毒害小，溶解能力强，挥发性低，热稳定 性强，结构可调，回收容易等优点，是一种新型的绿色溶剂，在溶剂萃取与有机合成方面有 广泛的应用。 目前尚未见到有关采用离子液体联合脱硫脱氨方法的报道。
技术实现思路
本专利技术人经过锐意研究发现，铁基离子液体，特别是FeCl4能一步同时有 效脱除体系中的硫化氢和氨气，因此使含硫化氢和氨气的混合气一起通入铁基离子液体如 FeCl 4中，可以一步法实现脱硫和脱氨，获得净化气，而且脱硫脱氨后的FeCl4 经浓盐酸或氯化氢气体、空气作用后可再生并循环使用，由此完成本专利技术。 本专利技术使用的铁基离子液体(缩写为Fe-IL)是一种Lewis酸和Bronsted酸催化 齐U，具有吸附性、氧化性、疏水性和可再生性能，是一种耐热型低粘度液体。一般通过如下方 法制备： 将氯化烷基咪唑、氯化烷基吡啶或烷基胺类盐酸盐与六水合三氯化铁充分混合搅 拌后制备铁基离子液体，其中，氯化烷基咪唑、氯化烷基吡啶分别是由选自氯代丁烷、氯代 己烷、氯代辛烷或氯代十二烷的氯代烷与选自N-甲基咪唑、N-乙基咪唑和N- 丁基咪唑的 咪唑或者与选自N-甲基吡啶、N-乙基吡啶和N- 丁基吡啶的吡啶反应制得的。 根据本专利技术优选的实施方案，所述铁基离子液体是FeCl4，Bmim是Cl (1-甲基-3- 丁基氯化咪唑）失去Cl后的残基。FeCl4 -般制备方法是将亲水型离 子液体1-甲基-3-丁基氯化咪唑（Cl)与六水合氯化铁（FeCl3 · 6H20)在开放的环 境中混合或者与无水氯化铁（FeCl3)在N2环境下混合制得，其具体制备过程如下： 将1-甲基-3-丁基氯化咪唑与六水合氯化铁以摩尔比1 :4?1 :1，优选1 :3?1 : 1，更优选1 :2. 5?1 :1，尤其是1 :2,在开放的自然环境中充分搅拌混合反应，通过液-液 或液-固两相分离，从而获得铁基离子液体FeCl4相。 所述1-甲基-3- 丁基氯代咪唑如下制得：N-甲基咪唑与氯代正丁烷按1:1摩尔 比混合，80°C下回流反应72h，制得1-甲基-3-丁基氯代咪唑（ C1)粗品。随后用等 体积乙酸乙酯萃取3-5次，其上层液体经真空旋转蒸发仪蒸干至l-2mL，最后于真空干燥箱 中真空干燥24h，冷却后得到浅黄色晶体1-甲基-3- 丁基氯代咪唑。上述反应过程如下式 所示： N-CH3 + CH3CH2CH2CH2C1 -?-\ cr \=J \ j 〇 将上述纯化得到的1-甲基-3- 丁基氯代咪唑与六水合三氯化铁按1 :2摩尔比混 合反应24h，离心分层，上层深绿色液体即为铁基离子液体（FeCl4)。上述反应过程如 下式所示： Η -Ν^Ν"^/\ α· +2FeCl3-0H20 ^?-Ν?^Ν'Χ/Χ FeCl4. \-/ \=j ο 本专利技术还提供一种一步法脱硫脱氨工艺，将传统净化过程脱硫脱氨的两个独立 工序合并为一个工序，缩短工艺流程，降低运行费用，并且由于铁基离子液体例如 FeCl4的疏水性，避免水相将铁基离子液体如FeCl4稀释，由此影响并降低其脱硫脱 氨性能，以及造成脱硫脱氨活性成分的流失。 以下解释本专利技术的一步法脱硫脱氨工艺，具体包括以下步骤： (1)制备铁基离子液体：将氯化烷基咪唑、氯化烷基吡啶或烷基胺类盐酸盐与六水 合三氯化铁充分混合搅拌后制备铁基离子液体； (2)脱除硫化氢和氨气：将含硫化氢和氨的混合气通入上述铁基离子液体中，二者 经充分混合反应脱硫脱氨后，得到净化气； (3)铁基离子液体再生：铁基本文档来自技高网...

【技术保护点】
一步法脱硫脱氨工艺，包括以下步骤：（1）制备铁基离子液体:将氯化烷基咪唑、氯化烷基吡啶或烷基胺类盐酸盐与六水合三氯化铁充分混合搅拌后制备铁基离子液体；（2）脱除硫化氢和氨气：将含硫化氢和氨的混合气通入上述铁基离子液体中，二者经充分混合反应脱硫脱氨后，得到净化气；（3）铁基离子液体再生：铁基离子液体与脱硫过程中硫化氢被氧化产生的硫磺、脱氨过程产生的氯化铵、体系中存在的水气以及反应产生的水通过相分离后，再经浓盐酸或HCl气体与空气作用再生；（4）铁基离子液体的循环利用：再生后的铁基离子液体用于步骤（1）中循环利用。

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：余江，李义烁，顾佳佳，张婷婷，郭智慧，祁蕾，王永强，
申请(专利权)人：北京化工大学，
类型：发明
国别省市：北京;11