[发明专利]一种可再生吸收剂及其应用

说明书

技术领域：

本发明属于含有亚甲基亚胺环的杂环化合物，特别涉及一种可再生哌嗪化合物吸收剂及其在脱除烟气中SOx的应用。

背景技术：

随着人类对能源需求的增加，燃煤、燃油及炼油等过程形成的SOx排放量日益增加，据世界经济合作与发展组织统计，21世纪初全世界SOx的年排放量已达140～150Mt。SOx是主要大气污染物之一，大气中的SOx以酸雨等形式严重危害着人类生存环境。多年来，SOx治理受到国内外的广泛重视，成为保护环境、治理大气污染的重要一环。

世界各国研究开发的烟气脱硫技术有许多种，部分已经工业化。其脱硫原理基本相同，就是利用具有碱性的吸收剂与含硫燃料燃烧过程中生成的酸性SO_x反应，生成一种稳定的化合物存在于固相或液相中，从而实现烟气脱硫。用于烟气脱硫技术的吸收剂有多种，主要分为可再生和不可再生循环使用两种，不可再生循环使用的吸收剂由于不可再生，存在着对SO₂吸收容量小，易结晶堵塞管道，并产生大量低附加值或无用的固体物质，形成二次污染。开发了可再生循环使用的吸收剂和相应的工艺，取得了良好的效果，可再生循环使用的吸收剂中，湿法气体脱硫中的吸收剂设备小，操作简单，运转费用较低，脱硫效率高的优点更为突出。

在吸收剂的开发过程中，胺类特别是二胺类吸收剂由于吸收能力强得到了飞速发展，US4783327和US5019361相继开发了以哌嗪类化学物质为脱硫吸收剂，该吸收剂是具有两个胺基官能团的有机胺，其中一个胺基是强碱性的，可与SO₂或强酸形成稳定的盐；另一个较弱碱性的胺基，是吸收剂的主要官能团，它可以高效率地吸收和解吸SO₂。这种吸收剂的优点是在再生汽提时不会挥发损失，从而不对回收的SO₂产品造成污染，吸收剂存在着吸收剂吸收容量较小，需要比较大的液气比，并且需要频繁再生，投资和操作费用高，不够经济。

对于吸收剂来说，碱性越强，吸收能力越好，但解吸性能却越差。作为循环使用的吸收剂，不仅要具有良好的SO₂吸收性能，较大的SO₂吸收容量，还应具备良好的解吸再生性能，因为良好的再生性能是吸收剂循环使用的先决条件，它可以保证吸收剂具有良好的再吸收能力。因此，合成的吸收剂必须同时兼顾其吸收与解吸性能。

发明内容

本发明提出了一种可再生吸收剂，克服了哌嗪类化合物碱性较强造成的解吸率低的缺点，并提高了吸附剂的再生能力。

哌嗪类化合物对SO₂有很好的吸收性能，其在水溶液中的电离平衡如下：

其中R₁、R₂、R₃、R₄、R₅为C₁～C₁₀直链烷基或芳香环

对于吸收剂来说，碱性越强，吸收能力越好，但解吸性能却越差。作为循环使用的吸收剂，不仅要具有良好的SO₂吸收性能，较大的SO₂吸收容量，还应具备良好的解吸再生性能，因为良好的再生性能是吸收剂循环使用的先决条件，它可以保证吸收剂具有良好的再吸收能力。因此，合成的吸收剂必须同时兼顾其吸收与解吸性能。

由于有机二胺类化合物如：哌嗪及其衍生物化合物属于有机二胺类化合物，碱性较强，对SO₂的吸收较好，但对解吸不利。

本发明吸收剂在利用哌嗪类化合物对SO₂的吸收较好的基础上，对其进行改性，提高吸收剂在解吸过程中的解吸率和再生性能，使吸收和解吸达到理想的平衡。

改性后的哌嗪类化合物吸收剂具有吸收容量大，化学稳定性好，蒸发损失小，可再生性能好，价格适中、节约能耗，不产生二次污染。

本发明提供了一种可再生吸收剂是将哌嗪类化合物溶于水中，哌嗪浓度为15～65重量％，优选20～50重量％，在0.1～1.0MP_a压力，25～60℃温度条件下与环氧类化合物反应2～8小时，优选3～6小时，将反应产物PH值控制在5～7制备成含20～40重量％双羟C₂或者C₃烷基哌嗪优选，50～70重量％单羟C₂或者C₃烷基哌嗪和2～10重量％哌嗪吸收剂混合物，以吸收剂总重量计。