室温离子液体应用于天然气净化的研究进展

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1、学兔兔www.xuetutu.com石油与天然气化工第39长第5期CHEMICALENGINEERfNGOFOIL＆GAS室温离子液体应用于天然气净化的研究进展唐飞唐蒙罗勤陈赓良姚守拙(1．中国石油西南油气田公司天然气研究院2．湖南大学化学化工学院)摘要本文回顾了近年来室温离子液体(RTILs)在天然气净化方面的研究进展。RTILs是一类具有独特物化性质的新材料，被誉为是新一代的绿色溶剂，已广泛应用于有机合成、分析化学、分离科学和电化学等诸多研究领域。在发展“低碳经济”的大背景下，RTILs已经作为一种新的气体分离介质引入天然气工业。RTILs具有优良的气体溶解能力和可调

2、的物化性能，为新颖的配方型天然气净化溶剂的开发提供了一个新的发展平台。特别是在天然气脱硫和二氧化碳捕集方面，RTILs与膜技术的结合展现出了诱人的工业应用前景。关键词室温离子液体天然气净化选择性吸收膜分离脱硫C0z捕集DOI：10．3969／j．issn．1007—3426．2010．05．007清洁能源的生产已经成为2l世纪最为重要的性好，液程宽，溶解能力强、性质可调等。RTILs的全球性议题之一。天然气净化作为其中的一个重要优良性质使其能有效地避免传统有机溶剂的使用所分支亦受到了越来越多的研究关注。在天然气净化造成的严重的环境、健康、安全等问题Ⅲ。由于中，醇胺水溶液是

3、目前应用最为广泛的脱硫脱碳溶RTILs对环境相当友好，故已在诸多应用领域被人液。然而，传统的醇胺脱硫脱碳工艺往往能耗较高。们广泛认可和接受。因此，引入新材料、新工艺以降低净化过程能耗是当前全球瞩目的能源技术开发方向。本文在简要介绍RTILs性能的基础上，着重回顾了它作为选择性吸沓·：嫩收剂，RTIL一醇胺溶液和气体分离膜在天然气净化毒离子方面的研究情况。l室温离子液体性质简介四氟硼酸根离子甲基磺酸根离子双三氟甲基磺酰胺离子室温离子液体(RoomTemperatureIonicLiq—图1常见RTILs阴阳离子的化学结构uids，RTILs)，又简称为离子液体，是由特定阳离

4、子和阴离子构成的在室温或近于室温下呈液态的物随着研究的深入，RTILs被视为一个可设计和质。常见的RTILs阴、阳离子的化学结构如图l所修饰的功能型化合物平台。通过设计骨架结构和修示。RTILs是离子化合物，其熔点较低的主要原因饰功能团，可以获得满足科研或生产实际需要的是其结构中某些取代基的不对称性使离子不能规则RTILs，这就是所谓的功能化离子液体，据估算可合地堆积成晶体所致。由于RTILs内部作用力主要成多达1018种RTILs以供选用[2]。以离子键为主，因此它具有了一些与传统的分子溶在天然气净化领域中，RTILs的下列特性值得剂完全不同的物化性质，例如，蒸汽压极低

5、，热稳定重点关注：*姚守拙：中困科学院院j：。学兔兔www.xuetutu.com室温离子液体应用于天然气净化的研究进展2O1O(1)此类溶液可视为仅具”零”蒸汽压，因此不捕集空气中的CO。RTILs对CO。／CH选择性最仅不会因挥发而造成环境污染，而且能大大降低净高可达36，而对CO／N2选择性最高可达89r3j。他化过程中的溶剂损耗；们还根据正规溶液理论建立了一个CO。在不同(2)内部具有很强的静电作用是RTIIS区别RTILs中溶液能力的模型用以预测RTILs对气体于其他分子型有机溶剂的重要特性。对分离工程而的溶解和分离特性一。Pomelli等人测定了H2S在言，此

6、特性极具实用价值；一系列咪唑类RTILs中的溶解度，并研究了不同阴(3)该溶剂具有良好的导电与导热性，而且有离子和阳离子对H：S溶解度的影响，还利用量子化很高的热能储存密度，比常用的储热油(储能密度为学计算模拟了HS分子和RTILs之间的相互作9．4MJ／m。)高6倍以上；用。Sanchez的实验数据表明(如图2所示)，1一(4)RTILs具有很高的选择性溶解能力，甚至丁基一1甲基吡咯四氟硼酸盐([MBpy][BF])对不在分离工程上被称为“液体分子筛”，从而奠定利用同的气体具有选择性，可以用于CO。／CH分离以结构设计原理开发选择性脱硫(脱碳)溶剂的理论基及CH／c2H

7、6的分离。础；(5)RTILs可以通过调节其结构中阴、阳离子组合，或修饰适当的功能团，或与天然气净化中常用的醇胺溶液复配，从而实现按“特定需求(task—specific)”来量体裁衣地开发配方型溶剂。2选择性吸收溶液尽管在大多数情况下，醇胺溶液都可以有效脱除天然气中的HS和CO，但也存在其固有的醇胺降解、溶液发泡和醇胺挥发等一系列问题。此外，由2．2功能化离子液体于水溶液的高比热容，醇胺法的高能耗的问题则颇尽管常规RTILs对气体具有选择吸收的能力，为突出。针对上述问题，开发RTILs作为低能耗的但是其气体溶解度不高，并不适