S的方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及非水相脫硫領(lǐng)域，特別涉及一種鐵基離子液體脫硫劑及使用該脫硫劑 脫除H2S的方法。
【背景技術(shù)】
[0002] 目前，H2S的脫除工藝主要有干法脫硫和濕法脫硫兩種，其中以濕法脫硫法中的濕 法氧化法應(yīng)用最為廣泛，然而，以水相為脫硫液的濕法脫硫法存在工藝復(fù)雜、反應(yīng)生成的水 會(huì)稀釋脫硫液以及排放高鹽難處理廢水等問(wèn)題，同時(shí)，堿性的脫硫液對(duì)反應(yīng)釜具有腐蝕作 用，并可能由于其揮發(fā)性對(duì)大氣造成二次污染。
[0003] 現(xiàn)有技術(shù)中，為了脫除H2S,使用非水相離子液體作為脫硫劑，其可將H2S氧化為硫 磺單質(zhì)，再通過(guò)分離可以制得副產(chǎn)物硫磺單質(zhì)。如中國(guó)專利CN102559292A中公開(kāi)了一種中 高溫濕法氧化硫化氫的脫硫方法，該方法所需脫硫溫度在70~240°C范圍內(nèi)，溫度高，消耗 能量大。又如中國(guó)專利CN102020248B，公開(kāi)了一種非水相濕法氧化硫化氫的方法，該方法在 不斷流動(dòng)更新鐵基離子液體的條件下可保持4小時(shí)內(nèi)脫硫率為90%。
[0004] 上述兩種方法均單純采用鐵基離子作為H2S脫硫劑，而H2S與鐵基離子液體均呈酸 性，因此，不利于H 2S在鐵離子液體作為脫硫液中的吸收和擴(kuò)散，從而嚴(yán)重影響了脫硫效率 和處理能力。
[0005] 因此，亟待開(kāi)發(fā)一種脫硫效率高、操作簡(jiǎn)便的脫硫方法。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0006] 為了解決上述問(wèn)題，本發(fā)明人進(jìn)行了銳意研究，結(jié)果發(fā)現(xiàn)：通過(guò)在鐵基離子液體中 添加非質(zhì)子型有機(jī)溶劑，所形成的脫硫劑可以降低鐵基離子液體的黏度，增加 H2S在脫硫劑 中的溶解度，促進(jìn)H2S在脫硫劑中的吸收和擴(kuò)散，提高脫硫效率及脫硫劑的使用效率，從而 完成了本發(fā)明。
[0007] 因此，本發(fā)明的目的之一在于提供一種用于脫除H2S的脫硫劑，其特征在于，該脫 硫劑包含以下重量份的成分：
[0008] 溶劑 5~100份，
[0009] 鐵基離子液體100份；
[0010] 優(yōu)選為，
[0011] 溶劑 5~100份，
[0012] 氯化鋅 0.5~10份，
[0013] 鐵基離子液體100份。
[0014] 本發(fā)明另一目的在于提供一種脫除H2S的方法，該方法包括以下步驟：
[0015] (1)配制如上所述的脫硫劑；
[0016] (2)向步驟1中制得的脫硫劑中通入含H2S的氣體，進(jìn)行氧化反應(yīng)。
[0017] 以上脫除H2S的方法，任選地，包括以下步驟：
[0018] (3)向步驟2中氧化反應(yīng)結(jié)束后的體系中加入氧化劑，并將氧化后的體系循環(huán)至 步驟1。
【附圖說(shuō)明】
[0019] 圖1示出實(shí)施例1中吸收塔的塔后氣中硫含量-時(shí)間圖；
[0020] 圖2示出實(shí)施例2中吸收塔的塔后氣中硫含量-時(shí)間圖；
[0021] 圖3示出實(shí)施例3中吸收塔的塔后氣中硫含量-時(shí)間圖；
[0022] 圖4示出實(shí)施例5中吸收塔的塔后氣中硫含量-時(shí)間圖；
[0023] 圖5示出對(duì)比例1中吸收塔的塔后氣中硫含量-時(shí)間圖。
【具體實(shí)施方式】
[0024] 下面通過(guò)對(duì)本發(fā)明進(jìn)行詳細(xì)說(shuō)明，本發(fā)明的特點(diǎn)和優(yōu)點(diǎn)將隨著這些說(shuō)明而變得更 為清楚、明確。
[0025] 以下具體說(shuō)明本發(fā)明：
[0026] 根據(jù)本發(fā)明的第一方面，提供一種用于脫除H2S的脫硫劑，其特征在于，該脫硫劑 包含以下重量份的成分：
[0027] 溶劑 5~100份，
[0028] 鐵基離子液體100份。
[0029] 優(yōu)選為，
[0030] 溶劑 5~100份，
[0031] 氯化鋅 0.5~10份，
[0032] 鐵基離子液體100份。
[0033] 本發(fā)明所述溶劑選擇非質(zhì)子型有機(jī)溶劑，如N，N_二甲基甲酰胺（DMF)、N-甲基吡 咯烷酮（NMP)、1，3-二甲基-2-咪唑啉酮（DMI)和聚乙二醇二甲醚（NHD)。
[0034] 本發(fā)明之所以選擇非質(zhì)子型有機(jī)溶劑與鐵基離子液體進(jìn)行組合，一方面，本發(fā)明 所選用的非質(zhì)子型有機(jī)溶劑可使鐵基離子液體中的Fe3+發(fā)生溶劑化，而不引起ζ電位的變 化，從而促進(jìn)鐵基離子液體對(duì)硫元素的氧化；另一方面，鐵基離子液體和硫化氫氣體均為酸 性物質(zhì)，因此，單純鐵基離子液體對(duì)硫化氫氣體的吸收有限，脫硫效果有限，在脫硫過(guò)程中 需要不斷補(bǔ)充更新鐵基離子液體，而非質(zhì)子型有機(jī)溶劑呈現(xiàn)的吸收溶解H 2S的特性可以使 脫硫劑吸收溶解更多的酸性硫化氫氣體，從而使鐵基離子液體氧化更多的硫化氫氣體，也 可以使鐵基離子液體對(duì)硫化氫的氧化更為充分。因此，本發(fā)明選擇上述非質(zhì)子型有機(jī)溶劑， 優(yōu)選為1，3-二甲基-2-咪唑啉酮（DMI)。
[0035] 此外，本發(fā)明選擇的非質(zhì)子型有機(jī)溶劑還可降低鐵基離子液體的粘度及傳熱系 數(shù)，使硫化氫氣體更容易在被氧化為硫單質(zhì)后從脫硫劑中析出，從而提高晶體生成速度，縮 短析出時(shí)間。
[0036] 在本發(fā)明提供的脫硫劑中，所使用的鐵基離子液體為酸性，為使Fe3+穩(wěn)定存在， 脫硫劑也為酸性體系，當(dāng)溶劑與鐵基離子液體的重量比大于100:100時(shí)，破壞脫硫劑的酸 性，導(dǎo)致脫硫劑發(fā)生變性，同時(shí)，溶劑濃度過(guò)大，可能破壞脫硫劑的疏水性，使得脫硫劑可 以與水混溶，從而限制了使用脫硫劑的溫度范圍；而當(dāng)溶劑與鐵基離子液體的體積比小 于5:100時(shí)，脫硫劑中溶劑含量過(guò)低，其對(duì)脫硫劑吸收、氧化硫化氫的作用不明顯，因此， 本發(fā)明選擇溶劑與鐵基離子液體的重量比為（5~100) : 100,優(yōu)選（5~50) : 100,最優(yōu)選 20:100〇
[0037] 氯化鋅是一種路易斯酸，其可以接受外來(lái)電子對(duì)，在本發(fā)明提供的脫硫劑中，氯化 鋅可以接受由硫化氫中-2價(jià)的硫元素轉(zhuǎn)移出來(lái)的電子對(duì)，從而協(xié)助鐵基離子液體對(duì)硫化 氫的氧化脫除，提高脫硫劑的脫硫率，同時(shí)，氯化鋅可先與硫化氫反應(yīng)生成硫化鋅，脫硫劑 中的Fe3+再與硫化鋅發(fā)生氧化還原反應(yīng)，生成氯化鋅和Fe 2+離子，從而加速硫化氫的吸收， 然而，當(dāng)氯化鋅與鐵基離子液體的重量比大于10:100時(shí)，氯化鋅用量過(guò)大，在脫硫過(guò)程中 會(huì)形成大量不溶性硫化亞鐵沉淀，這種沉淀一方面會(huì)導(dǎo)致所需要的活性成分Fe 3+含量降 低，從而影響脫硫劑的后續(xù)使用，另一方面會(huì)破壞脫硫體系的穩(wěn)定性，影響脫硫效果。當(dāng)氯 化鋅的用量與鐵基離子液體的重量比小于〇. 5:100時(shí)，氯化鋅用量過(guò)小，其對(duì)脫硫劑的脫 硫速率貢獻(xiàn)不明顯，因此，本發(fā)明選擇氯化鋅與溶劑的重量比為（0. 5~10) : 100,優(yōu)選為 (1 ~8) : 100,如 5:100。
[0038] 本發(fā)明提供的脫硫劑中使用的鐵基離子液體是一種離子液體與氯化鐵或六水合 氯化鐵形成的復(fù)合物，所述離子液體為咪唑類離子液體，其結(jié)構(gòu)式如下式I所示，
[0039]
[0040] 其中，R1和R2可為相同的取代基，也可以為不同的取代基，其中R 1和/或R2為烷 基，優(yōu)選為C1~C12的烷基，更優(yōu)選為C 1~C8的烷基，如甲基和丁基。
[0041] 本發(fā)明采用上述具有疏水基團(tuán)的離子液體，可以增加其與非質(zhì)子型有機(jī)溶劑的互 溶性，使脫硫劑均一穩(wěn)定，同時(shí)能夠提高脫硫劑對(duì)硫化氫氣體的脫除速度。
[0042] 此外，本發(fā)明將Fe3+通過(guò)復(fù)合反應(yīng)溶于咪唑類離子液體中，形成鐵基離子液體，由 于Fe 3+具有強(qiáng)氧化性，因此，其在脫硫劑中可與離子液體協(xié)同作用，用作氧化劑，將硫化氫 氣體中的硫元素氧化為硫磺單質(zhì)，同時(shí)，F(xiàn)e 3+被還原成為Fe2+,而Fe2+具有還原性，其在氧氣 等氧化劑的存在下可被氧化成為Fe 3+從而使得脫硫劑可循環(huán)使用，并使脫硫劑保持較高的 脫硫率。
[0043] 在本發(fā)明中，氯化鐵與離子液體的摩爾比直接影響分離劑對(duì)水的親疏特性及氧化 能力，當(dāng)氯化鐵與離子液體的摩爾比小于〇. 5:1時(shí)，分離劑溶于水，當(dāng)氯化鐵與離子液體的 摩爾比不小于0. 5:1時(shí)，分離劑不溶于水，且氧化還原電位高，表現(xiàn)出強(qiáng)的氧化特性，因此， 本發(fā)明選擇氯化鐵與離子液體的摩爾比不小于〇. 5:1，又由于受到氯化鐵在離子液體中溶 解度的制約，本發(fā)明選擇氯化鐵與離子液體的摩爾比不大于3: 1，優(yōu)選為1:1~2. 5: 1，例如 2:1。
[0044] 其中所用的離子液體在室溫或室溫附近的溫度下呈液態(tài)并全部由正離子和負(fù)離 子構(gòu)成，具有較大的極性可調(diào)控性，粘度低，密度大，其與氯化鐵或六水合氯化鐵復(fù)合后仍 能保持該物理性能不變，因此，向鐵基離子液體中通入氣體僅需要較小壓力，而且脫除硫化 氫后的剩余氣體在排出離子液體過(guò)程中可以形成連續(xù)穩(wěn)定的氣泡，從而保證了脫硫過(guò)程的 生產(chǎn)安全。
[0045] 此外，鐵基離子液體在常溫下即為液態(tài)，呈弱酸性，腐蝕性較弱，對(duì)生產(chǎn)設(shè)備的損 蝕作用?。煌瑫r(shí)，鐵基離子液體對(duì)硫化氫氣體具有一定的溶解度，能夠首先將氣體中待氧化 脫除的硫化氫氣體溶解于脫硫劑中，使脫硫劑中的氧化性物質(zhì)充分對(duì)其催化氧化，從而提 高脫硫劑對(duì)硫化氫氣體的氧化脫除效率。
[0046] 而且，鐵基離子液體幾乎沒(méi)有蒸汽壓，其正負(fù)離子之間有較強(qiáng)的庫(kù)侖引力，因此， 即使在較高的溫度和真空度下，也能保持穩(wěn)定的液態(tài)，幾乎不揮發(fā)，因此，它不會(huì)轉(zhuǎn)化為蒸 氣擴(kuò)散到大氣中，在使用和儲(chǔ)藏過(guò)程中損耗小、幾乎不會(huì)造成環(huán)境污染，而且可循環(huán)使用， 綠色環(huán)保。
[0047] 此外，由于鐵基離子液體具有很寬的液態(tài)范圍，因此，以鐵基離子液體作為反應(yīng)溶 劑及氧化劑，反應(yīng)條件易于控制。
[0048] 再者，離子液體化學(xué)性質(zhì)穩(wěn)定，不易分解或燃燒，脫硫條件對(duì)離子液體性質(zhì)的影響 不大，因此離子液體適合用作氣體吸收劑或氣體吸收劑的溶劑。
[0049] 根據(jù)本發(fā)明第二方面，提供一種脫除H2S的方法，包括以下步驟：
[0050] 步驟1，配制如上所述的脫硫劑。
[0051] 步驟2,向步驟1中制得的脫硫劑中通入含H2S的氣體，進(jìn)行氧化反應(yīng)。
[0052] 任選地包括以下步驟：
[0053] 步驟3,向步驟2中氧化反應(yīng)結(jié)束后的體系中加入氧化劑，并將氧化后的體系循環(huán) 至步驟1。
[0054] 在本發(fā)明中，所述含H2S的氣體可以是純的H2S氣體，也可以是含有不同濃度H 2S的 氣體混合物，對(duì)硫化氫氣體的濃度及通入速度不做特別的限定，體積分?jǐn)?shù)大于〇至100%的 硫化氫氣體均可，通入速度可以根據(jù)脫硫劑的用量進(jìn)行調(diào)整，優(yōu)選使通入的硫化氫氣體至 少被完全洛解于脫硫劑中。
[0055] 在本發(fā)明中，由于鐵基離子液體不易揮發(fā)，因此對(duì)脫硫劑的脫硫溫度不做特別的 限制，優(yōu)選使脫硫劑中的非質(zhì)子型有機(jī)溶劑不從脫硫劑中揮發(fā)。
[0056]