论文部分内容阅读
离子液体具有低饱和蒸汽压、良好的化学稳定性性和热稳定性,由于加入铁离子,又具有优异的催化氧化特性,易与硫磺分离,减少了因挥发或降解而造成的环境污染问题,可循环利用,是一种新型环保的铁基脱硫剂;其理论硫容比常规水相氧化法高100倍,可使脱硫溶液循环量大幅下降,实现脱硫装置小型化。铁基离子液体（Fe-IL）脱硫净化度能满足管输气指标,且溶剂稳定性高,降低了天然气净化工艺难度和操作的危险性,使生产过程更加安全。本文开展了Fe-IL脱除H2S的实验研究,并设计出脱硫工艺,以便分析该脱硫剂和工艺的技术合理性,具体研究内容如下:（1）以FeCl3与氯化1-丁基-3-甲基咪唑（[Bmim]Cl）为原料按不同配比合成Fe-IL,经纯化后产率可达86.97%,比FeCl3·6H2O与[Bmim]Cl按常用方法合成产率提高了27.15%,且氯化铁使用量降低20%。（2）通过化学滴定、仪器测定和FT-IR表征,推测Fe-IL分子式为[Bmim]Fe0.97Cl4.13;黏温实验表明在45℃时,Fe-IL黏度仅为19.6mPa·s,比25℃时降低了39.1%,有利于工业应用;制备的Fe-IL在空气中放置90d后重新进行FT-IR表征,其化学结构保持不变,表明化学性稳定高。（3）Fe-IL脱硫实验发现在25℃,1.01×105Pa时,实验测得最大硫容仅为理论硫容的4.6%,铁离子表观活性低,脱硫过程中同时存在物理吸收和化学氧化吸收两种情况。对含5%H2S天然气的脱硫吸收实验表明,硫容为0.38 g/L,脱硫过程主要以化学氧化吸收为主;对于含99.9%H2S脱硫吸收,硫容可达3.1g/L,其中物理吸收占总脱硫率高达78.7%;吸收不同浓度H2S时表现出不同硫容,可能是高浓度H2S因物理吸收作用快速溶解于离子液体中从而促进化学氧化吸收,提高了脱硫剂硫容量。（4）Fe-IL呈疏水性和弱酸性,天然气净化工艺中有水生成,含水Fe-IL脱硫实验发现,在一定的范围内,水份对Fe-IL吸收H2S有促进作用,但过量的水份又会降低H2S的吸收。当含水率为2%时,比不含水吸收H2S液体质量增重了18.6%,可能是水份降低脱硫剂的黏度,提升气液传质率,或降低脱硫剂中的酸性,使H2S更易溶于脱硫剂中从而促进氧化吸收。（5）利用Fe-IL的高硫容、疏水性、氧化吸收等特点,设计出一套在常温常压下湿式氧化脱硫工艺,具有脱硫效率更高,无环境污染,能耗更低的新型脱硫工艺特征,解决当前含硫尾气治理技术的不足,以满足日益增强的环境保护要求,为后续含硫尾气治理的工业化技术的绿色发展和改造奠定坚实基础。