质子型离子液体及其制备方法和脱除二氧化碳的方法技术

本发明专利技术提供了一种质子型离子液体及其制备方法和脱除二氧化碳的方法。采用吗啉类质子型离子液体为物理吸收剂，将含有二氧化碳的合成气通入吗啉类离子液体中，二氧化碳在高压条件下被吸收，实现二氧化碳从合成气中分离。相较于其他的离子液体，不仅对环境友好，而且合成方法简单，粘度低，对二氧化碳的溶解度更大，因其较高的CO2捕集效率和较低的生产成本，在气体净化的工业应用中具备理想的工业化潜力。气体净化的工业应用中具备理想的工业化潜力。

【技术实现步骤摘要】
质子型离子液体及其制备方法和脱除二氧化碳的方法


[0001]本专利技术属于气体净化脱除二氧化碳
，具体涉及一种质子型离子液体及其制备方法和脱除二氧化碳的方法。该类质子型离子液体对坏境友好，合成简单，粘度低，对二氧化碳溶解度大，可用于高二氧化碳分压的工业气体条件，是一种二氧化碳工业化脱除的可行方案。
技术背景
[0002]作为一种典型的温室气体，二氧化碳的持续超标将对气候造成不利的影响。除了气温提高、全球变暖，还有可能导致气体燃料的热值下降以及腐蚀、损坏生产过程中的管道和设备。因此为了减少二氧化碳这类酸性气体对坏境和生产造成的影响，有必要去除气体中的二氧化碳。
[0003]当前对二氧化碳的脱除方法种类很多，主要可以分为干法脱碳和湿法脱碳。干法脱碳主要是变压吸附法，湿法脱碳则可以再分为物理吸收和化学吸收。化学吸收法主要是利用存在于溶剂中的碱性溶质与二氧化碳溶液发生反应，从而达到酸碱中和，以去除二氧化碳。物理吸收法在高二氧化碳分压下进行，比化学吸收法具有更高的去除效率。物理吸收法中低温甲醇洗法的使用比较广泛，但是甲醇具有毒性，需要使用特殊的工业设备，并且还要用到较多的换热模块，能耗相对更高。
[0004]离子液体(IL)，全称室温离子液体，是一种近年来饱受关注的绿色溶剂，一般含有机阳离子和无机或者有机阴离子，具有蒸汽压低、电导率高、电化学窗口宽、热稳定性好和易于回收利用的特性。但是常规离子液体的生产成本极高，即使投入大规模工业生产，其成本依然高出普通溶剂 10
‑
20倍。
[0005]中国专利CN109173592A中提出了一种咪唑类离子液体作为吸收剂捕捉烟道气中二氧化碳的方法，采用单塔、闪蒸罐，使用离子液体为吸收剂来脱除烟道气中的二氧化碳，可以实现90％以上的二氧化碳脱除率。中国专利CN113816964A使用一种以DBU为阳离子，以氰基醇为阴离子的可逆离子液体捕集二氧化碳，可通过温度调控实现离子液体循环吸收、解吸二氧化碳的目的。但常规离子液体价格不尽如人意，操作成本较高，相较于常规的离子液体，质子型离子液体的合成方式不同，利用相应的酸碱结合，在质子转移反应的基础上使用一步法合成制得。质子型离子液体的合成步骤更加简单，费用廉价，适用于工业生产，而且对二氧化碳有优秀的吸收能力。使用离子液体物理吸收二氧化碳后，由于离子液体蒸汽压低，解吸消耗的能耗小，所以更加经济、节能。

技术实现思路

[0006]本专利技术的首要目的为克服现在常用的脱碳流程中的离子液体吸收剂成本过高、合成纯化步骤复杂的缺点，提供一种新型的吗啉类质子型离子液体，用于合成气脱碳过程。该吗啉类质子型离子液体包括阴离子和阳离子，其中阳离子为N
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烷基吗啉类阳离子，阴离子为羧酸根阴离子，N
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烷基吗啉类阳离子和羧酸根阴离子的摩尔比为1:1。该吗啉类质子型离
子液体粘度低，有利于提供吸收效果，降低操作费用。
[0007]优选的是，所述吗啉类质子型离子液体的纯度大于0.99，含水量小于 160ppm，25
‑
65℃下粘度为2.5
‑
105.2cP。
[0008]优选的是，所述N
‑
烷基吗啉包括N
‑
甲基吗啉、N
‑
乙基吗啉、N
‑
羟乙基吗啉、N
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丁基吗啉中的至少一种；所述羧酸包括甲酸、乙酸、丙酸、丁酸中的至少一种。
[0009]本专利技术的第二个目的是给出上述吗啉类质子型离子液体的制备方法，包括步骤：N
‑
烷基吗啉与适量乙醇混合，在搅拌过程中加入等摩尔量的羧酸，加热反应后，蒸发去除乙醇、干燥，即得到所述吗啉类质子型离子液体。
[0010]优选的是，制备所述吗啉类质子型离子液体的过程在氮气气氛下进行。即为将适量乙醇在氮气气氛下加入到N
‑
烷基吗啉中混合，保持搅拌并加入羧酸。
[0011]优选的是，所述的合成步骤中羧酸的摩尔比为1:1，添加羧酸时的温度为0
‑
30℃，混合物加热反应温度为40～70℃，反应时间为24～72小时，真空干燥时间为36～72小时。
[0012]本专利技术的第三个目的就是提供一种物理吸收高效脱除合成气中二氧化碳的方法，采用所述的吗啉类质子型离子液体为吸收剂，用以溶解吸收二氧化碳。脱除二氧化碳的方法具体有以下步骤：
[0013](1)在设定温度下，对前文所述的吗啉类质子型离子液体抽真空一定时间；
[0014](2)将含有二氧化碳的合成气通入到吗啉类质子型离子液体吸收剂中，使体系压力达到设定条件；
[0015](3)打开搅拌装置搅拌所述吸收剂以促进气液混合，得以去除合成气中的二氧化碳。
[0016]优选的是，步骤(1)中的温度介于298.15
‑
338.15K之间，抽真空时间介于2～10小时之间。
[0017]优选的是，步骤(2)中的体系压力介于0
‑
1000kPa之间。
[0018]与常规的离子液体物理吸收去除二氧化碳方法相比，本专利技术使用的质子型离子液体合成价格更低，合成步骤更简单，整个过程几乎不损失离子液体吸收剂，无副产物生成。该吗啉类质子型离子液体对坏境友好、对二氧化碳溶解度大、可用于高二氧化碳分压的工业条件，是一种二氧化碳工业化脱除的可行方案，可以很好地应用在天然气和合成气的脱碳净化领域。
附图说明
[0019]下面结合附图，通过对本申请的具体实施方式详细描述，呈现本申请的技术方案及其它有益效果。
[0020]图1为本申请实施例提供的脱除二氧化碳的方法的流程图。
具体实施方式
[0021]下面将结合本申请实施例对本申请实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述。显然，所描述的实施例仅仅是本申请一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本申请中的实施例，本领域技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本申请保护的范围。
[0022]本专利技术提供了一种质子型离子液体及其制备方法和脱除二氧化碳的方法。采用吗啉类质子型离子液体为物理吸收剂，将含有二氧化碳的合成气通入吗啉类离子液体中，二氧化碳在高压条件下被吸收，实现二氧化碳从合成气中分离。相较于其他的离子液体，不仅对环境友好，而且合成方法简单，粘度低，对二氧化碳的溶解度更大，因其较高的CO2捕集效率和较低的生产成本，在气体净化的工业应用中具备理想的工业化潜力。
[0023]该类质子型离子液体对坏境友好，合成简单，粘度低，对二氧化碳溶解度大，可用于高二氧化碳分压的工业气体条件，是一种二氧化碳工业化脱除的可行方案。
[0024]其中吗啉类质子型离子液体包括阴离子和阳离子，其中阳离子为N
‑ꢀ
烷基吗啉类阳离子，阴离子为羧酸根阴离子，N
‑
烷基吗啉类阳离子和羧酸根阴离子的摩尔比为1:1。该吗啉类质子型离子液体粘度低，有利于提供吸收效果，降本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种吗啉类质子型离子液体，其特征在于，所述吗啉类质子型离子液体包括阴离子和阳离子，其中所述阳离子为N
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烷基吗啉类阳离子，所述阴离子为羧酸根阴离子，所述阳离子和所述阴离子的摩尔比为1:1。2.根据权利要求1所述的吗啉类质子型离子液体，其特征在于，所述吗啉类质子型离子液体的纯度大于0.99，含水量小于160ppm，于25
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65℃下粘度为2.5
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105.2cP。3.根据权利要求1所述的吗啉类质子型离子液体，其特征在于，所述N
‑
烷基吗啉包括N
‑
甲基吗啉、N
‑
乙基吗啉、N
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羟乙基吗啉、N
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丁基吗啉中的至少一种；所述羧酸包括甲酸、乙酸、丙酸、丁酸中的至少一种。4.一种权利要求1所述的吗啉类质子型离子液体的制备方法，其特征在于，所述吗啉类质子型离子液体的制备方法包括步骤：N
‑
烷基吗啉与适量乙醇混合，在搅拌过程中加入等摩尔量的羧酸，加热反应后，蒸发去除乙醇、干燥，即得到所述吗啉类质子型离子液体。5.根据权利要求4所述的吗啉类质子型离子液体的制备方法，其特征...

【专利技术属性】
技术研发人员：程华农，冯周，王颖，滕云，李超，李忠浩，靳宏伟，李康康，李玉刚，谭心舜，郑世清，
申请(专利权)人：青岛科技大学，
类型：发明
国别省市：