羟丙基哌嗪类有机胺脱硫剂及其制备方法和应用技术

本发明专利技术涉及烟气脱硫技术领域，具体涉及一种羟丙基哌嗪类有机胺脱硫剂及其制备方法和应用，所述脱硫剂包括主料和辅料；所述主料包括：N,N’‑二(2‑羟丙基)哌嗪和N‑(2‑羟丙基)哌嗪；所述辅料包括：N‑(1‑甲基‑2‑羟乙基)哌嗪、N,N’‑二(1‑甲基‑2‑羟乙基)哌嗪、丙二醇和烯丙醇；在所述主料和辅料的用量比例中，所述主料的质量分数为80‑100％，所述辅料的质量分数为0‑20％。本发明专利技术所述脱硫剂具有绿色、环保、无需分离、可直接调配为脱硫剂水溶液等特点，所制得脱硫剂结晶温度低、在脱硫过程中不易堵塞管道。

【技术实现步骤摘要】
羟丙基哌嗪类有机胺脱硫剂及其制备方法和应用
本专利技术涉及烟气脱硫
，主要涉及烟气脱硫并资源化回收二氧化硫
，具体涉及一种羟丙基哌嗪类有机胺脱硫剂及其制备方法和应用。
技术介绍
烟气是气体和烟尘的混合物，烟气中含有的二氧化硫气体不仅危害人体健康，形成的酸雨对地球生态环境和人类社会经济产生了严重的影响和破坏，所以迫切需要一种高效的二氧化硫吸收剂。目前国际上普遍采用的石灰石/石膏法脱硫率虽高于95％，但其副产物难以处理。申请号为200910117195.7的专利技术专利公开了1,4-二(2-羟丙基)哌嗪的制备方法。该方法以哌嗪和环氧丙烷为原料，以甲醇为溶剂，合成1,4-二(2-羟丙基)哌嗪。如果将其配制成1,4-二(2-羟丙基)哌嗪有机胺脱硫剂的水溶液，先需要蒸发甲醇溶剂，接着离心分离并烘干得到1,4-二(2-羟丙基)哌嗪固体、且1,4-二(2-羟丙基)哌嗪的甲醇母液需循环使用，最后再将1,4-二(2-羟丙基)哌嗪固体溶于水得到1,4-二(2-羟丙基)哌嗪有机胺脱硫剂的水溶液。该制备方法需要使用甲醇作为有机溶剂，生产过程能耗大、步骤多，产品和溶剂在分离过程中会有损失。申请号为201610745489.4的专利技术专利公开了以1,4-二(2-羟丙基)哌嗪为主要成分的复配型哌嗪类有机胺脱硫剂的制备。该脱硫剂的制备是通过单纯的物理方法将N-羟乙基哌嗪等多种物质进行复配、混合，复配过程中必须使用高纯度、价格昂贵的N-羟乙基哌嗪和1,4-二(2-羟丙基)哌嗪，且需要加热和搅拌以形成均匀的脱硫剂水溶液，没有直接从化学反应的角度设计脱硫剂的组成。申请号为201410134956.0的专利技术专利公开了使用一种用于回收工业废气中二氧化硫的有机胺盐水溶液的制备方法。其中有机胺是通过将哌嗪溶于水后通入一定量环氧乙烷制得。环氧乙烷在常温下为气态，在反应过程中难以精确计量，且环氧乙烷的反应活性高，与哌嗪剧烈反应大量放热，副反应多。
技术实现思路
本专利技术解决的技术问题是：在现有技术中，1,4-二(2-羟丙基)哌嗪在制备过程中存在需要使用、分离、回收有机溶剂，合成工艺繁琐的问题。本专利技术的目的是：减少1,4-二(2-羟丙基)哌嗪制备过程中的反应步骤，降低生产成本，本专利技术提供一种绿色、环保、无需分离、组成可控的羟丙基哌嗪类有机胺脱硫剂及其制备方法。本专利技术采用水为溶剂，通过调节原料哌嗪与环氧丙烷的配比、哌嗪与水的配比、反应温度与反应时间等工艺条件，直接得到N,N’-二(2-羟丙基)哌嗪和N-(2-羟丙基)哌嗪为主要成分，N-(1-甲基-2-羟乙基)哌嗪、N,N’-二(1-甲基-2-羟乙基)哌嗪、丙二醇、烯丙醇为辅助成分的羟丙基哌嗪类有机胺脱硫剂。该方法可通过调节反应条件控制产物中N,N’-二(2-羟丙基)哌嗪、N-(2-羟丙基)哌嗪及辅助成分的比例，从而实现羟丙基哌嗪类有机胺脱硫剂的吸收和解吸性能的可控调节。本专利技术以水为溶剂取代了有机胺脱硫剂制备中常用的甲醇、乙醇等有机溶剂，具有绿色、环保、无需分离、可直接调配为脱硫剂水溶液等特点，所制得脱硫剂结晶温度低、在脱硫过程中不易堵塞管道。具体来说，针对现有技术的不足，本专利技术提供了如下技术方案：一种羟丙基哌嗪类有机胺脱硫剂，其特征在于，包括主料和辅料；所述主料包括：N,N’-二(2-羟丙基)哌嗪和N-(2-羟丙基)哌嗪；所述辅料包括：N-(1-甲基-2-羟乙基)哌嗪、N,N’-二(1-甲基-2-羟乙基)哌嗪、丙二醇和烯丙醇；在所述主料和辅料的用量比例中，所述主料的质量分数为80-100％，所述辅料的质量分数为0-20％。优选的，上述脱硫剂中，所述主料的质量分数为≥80％且＜100％，所述辅料的质量分数为＞0％，且≤20％。优选的，上述脱硫剂中，所述主料的质量分数为≥90％且＜100％，所述辅料的质量分数＞0％且≤10％。优选的，上述脱硫剂中，所述N,N’-二(2-羟丙基)哌嗪和N-(2-羟丙基)哌嗪的质量比为1:100-100:1，优选为1:100-20:1，更优选为1:100-10:1，更优选为1:100-9:1。优选的，上述脱硫剂中，在所述主料和辅料的用量比例中，所述N-(1-甲基-2-羟乙基)哌嗪质量分数为0-5％，所述N,N’-二(1-甲基-2-羟乙基)哌嗪质量分数为0-5％，所述丙二醇质量分数为0-5％，所述烯丙醇质量分数为0-5％。优选的，上述脱硫剂中，在所述主料和辅料的用量比例中，所述丙二醇质量分数为＞0且≤5％，优选为0.05-5％。，更优选为1-5％。优选的，上述脱硫剂中，在所述主料和辅料的用量比例中，所述N-(1-甲基-2-羟乙基)哌嗪质量分数为0-2％。优选的，上述脱硫剂中，在所述主料和辅料的用量比例中，所述N,N’-二(1-甲基-2-羟乙基)哌嗪质量分数为1-5％。优选的，上述脱硫剂中，在所述主料和辅料的用量比例中，所述烯丙醇质量分数为0.1-5％。优选的，上述脱硫剂中，所述脱硫剂还包括水，所述主料和辅料的总质量浓度为3-60％，优选为20-60％，更优选为30-60％。优选的，上述脱硫剂中，所述脱硫剂采用含有下述组分的原料制成：哌嗪、环氧丙烷和水；所述哌嗪与环氧丙烷的物质的量之比为1：(1.0-2.5)，所述哌嗪与水的质量比为1：(2.0-50.0)。优选的，上述脱硫剂中，所述哌嗪与环氧丙烷的物质的量之比为1：(1.5-2.5)。优选的，上述脱硫剂中，所述哌嗪与水的质量比为1：(2.0-20.0)，优选为1：(2.0-10.0)。优选的，上述脱硫剂中，所述脱硫剂的结晶温度为-1～-26℃，优选为-5～-26℃。本专利技术还提供上述羟丙基哌嗪类有机胺脱硫剂的制备方法，其特征在于，包括下述步骤：将哌嗪加入水中，滴加环氧丙烷，反应后得到所述有机胺脱硫剂；其中，所述哌嗪与环氧丙烷的物质的量之比为1：(1.0-2.5)，所述哌嗪与水的质量比为1：(2.0-50.0)。优选的，上述制备方法中，所述反应温度为-10～75℃，优选为0-75℃，更优选为20-75℃。优选的，上述制备方法中，所述反应时间为1-12h。优选的，上述制备方法中，所述反应后还包括将产物干燥的过程。优选的，上述制备方法中，所述反应后还包括在产物中添加溶剂的过程，优选的，所述溶剂选自水或有机溶剂。本专利技术还提供上述羟丙基哌嗪类有机胺脱硫剂在烟气脱硫
的应用。本专利技术的有益效果是：(1)本方法使用的溶剂为水，来代替目前羟丙基哌嗪类有机胺脱硫剂制备过程中使用的甲醇、乙醇等有机溶剂，具有绿色、环保、无需分离、可直接调配为脱硫剂水溶液等特点。(2)本方法可以直接得到不同含量的N,N’-二(2-羟丙基)哌嗪和N-(2-羟丙基)哌嗪为主要成分，N-(1-甲基-2-羟乙基)哌嗪、N,N’-二(1-甲基-2-羟乙基)哌嗪、丙二醇与烯丙醇为辅助成分的羟丙基哌嗪类有机胺脱硫剂。通过制备不同组成的羟丙基哌嗪类有机胺脱硫剂可调控其吸收能力和解吸性能，且具有结晶温度低、在脱硫过程中不易堵塞管道的特点。(3)本方法可通过调节原料哌嗪和环氧丙烷的配比、哌嗪与溶剂水的配比、反应温度和反应时间等工艺条件，所得羟丙基哌嗪类有机胺脱硫剂中，在所述主料和辅料的用量比例中，N,N’-二(2-羟丙基)哌嗪与N-(2-羟丙基)哌嗪总质量含量为80～100％(本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种羟丙基哌嗪类有机胺脱硫剂，其特征在于，包括主料和辅料；所述主料包括：N,N’‑二(2‑羟丙基)哌嗪和N‑(2‑羟丙基)哌嗪；所述辅料包括：N‑(1‑甲基‑2‑羟乙基)哌嗪、N,N’‑二(1‑甲基‑2‑羟乙基)哌嗪、丙二醇和烯丙醇；在所述主料和辅料的用量比例中，所述主料的质量分数为80‑100％，所述辅料的质量分数为0‑20％。

【技术特征摘要】
1.一种羟丙基哌嗪类有机胺脱硫剂，其特征在于，包括主料和辅料；所述主料包括：N,N’-二(2-羟丙基)哌嗪和N-(2-羟丙基)哌嗪；所述辅料包括：N-(1-甲基-2-羟乙基)哌嗪、N,N’-二(1-甲基-2-羟乙基)哌嗪、丙二醇和烯丙醇；在所述主料和辅料的用量比例中，所述主料的质量分数为80-100％，所述辅料的质量分数为0-20％。2.根据权利要求1所述脱硫剂，其中，所述主料的质量分数为≥80％且＜100％，所述辅料的质量分数为＞0％，且≤20％。3.根据权利要求1或2所述脱硫剂，其中，所述N,N’-二(2-羟丙基)哌嗪和N-(2-羟丙基)哌嗪的质量比为1:100-100:1，优选为1:100-20:1，更优选为1:100-10:1。4.根据权利要求1-3任一项所述脱硫剂，其中，在所述主料和辅料的用量比例中，所述N-(1-甲基-2-羟乙基)哌嗪质量分数为0-5％，所述N,N’-二(1-甲基-2-羟乙基)哌嗪质量分数为0-5％，所述丙二醇质量分数为0-5％，所述烯丙醇质量分数为0-5％。5.根据权利要求1-4任一项所述脱硫剂，其中，在所述主料和辅料的用量比例中，所述丙二醇质量分数为＞0且≤5％，...

【专利技术属性】
技术研发人员：崔鹏，荆丹琳，胡健，魏凤玉，史成武，
申请(专利权)人：合肥工业大学，
类型：发明
国别省市：安徽,34