[发明专利]一种使用含氟离子液体高温溶解气态碳氢化合物的方法

说明书

本发明提供一种使用含氟离子液体高温溶解气态碳氢化合物的方法，属于化工溶解技术领域。该方法溶解过程采用高压装置操作，加入离子液体，充入待溶解气体，实现气态碳氢化合物的高温溶解,含氟离子液体可为阳离子烷基氟改性离子液体、阴离子烷基氟改性离子液体或阴阳离子同时烷基氟改性离子液体；该含氟离子液体物理化学性质稳定，制备简单，可以用于碳氢化合物溶解转化体系，相比水相体系提高40倍的溶解效果，还能用于气态碳氢化合物的储存运输。

技术领域

本发明属于化工溶解技术领域，具体涉及一种使用含氟离子液体高温溶解气态碳氢化合物的方法。

背景技术

碳氢化合物是主要能源成分，C-H键的活化和产品转化一直备受青睐。随着近十年，大量的页岩气被探明和开采，其中的甲烷和乙烷等碳氢化合物的溶解和转化成了当务之急。

以甲烷为例，甲烷的转化主要有非均相转化和均相转化两种。在非均相转化中，大连化物所包信和老师在甲烷直接非氧化转化中提到，可以实现甲烷到乙烯和芳烃的高效转化，但是温度极为苛刻，到1173K。其余的非均相转化的选择性都极为不理想。均相转化中则可以严格控制甲烷的选择性达到90％以上。但是均相转化中，通用水为溶剂，水甲烷的溶解度低，一定程度上造成了甲烷的转化率不理想。

离子液体具有水和普通有机溶剂所没有的特殊性质如：几乎没有蒸汽压，不可燃，物理化学性质稳定等等。已经广泛用于氧化反应，加氢反应，异构化等多种反应中替代有机溶剂。用于气态碳氢化合物转化的离子液体主要有[Bmim][Cl],[Bmim][HSO₄]等，其对气态碳氢化合物的溶解性极低，始终成为制约因素。

目前，碳氢化合物在离子液体中的研究主要集中于从碳氢化合物中吸收分离二氧化碳，硫化氢以其余硫化物。针对甲烷等碳氢化合物的溶解研究较少；徐永亮等发明了一种利用离子液体提纯矿井抽采瓦斯的方法，利用阳离子为对称结构或长侧链结构的膦类离子液体，阴离子为NTf₂，经过反复吸收收集纯化甲烷，溶解温度窄，仅为18℃～25℃；2013年John M.Prausnitz发表文章提出[P(14)666][TMPP],[P4444][TMPP],[P8111][TMPP]对气态碳氢化合物有良好的吸收效果，其溶解温度为26～80℃。碳氢化合物的溶解的研究已经取得进步，但是一方面阳离子长链或多链结构膦类离子液体合成过程十分复杂，另一方面含C‐H的离子液体在催化体系中离子液体自身的C‐H会被破坏，不适合于反应体系中充当溶剂。本发明提出的含氟改性或者全氟改性的离子液体，不仅粘度低溶解高、稳定性优良、能够促进气态碳氢化合物的吸收，而且排除了反应体系中离子液体的破坏，是一种十分好的高温溶解并转化气态碳氢化合的溶剂。

2014年Fabrice Mutelet曾经提及含氟烷基改性的阳离子或者阴离子具有良好的吸收甲烷的效果。但是此文章数据不可靠。第一，其计算过程采用的是理想气体状态方程PV＝nRT，此方程在真实气体中应该采用压缩因子等进行校正。第二，甲烷在离子液体中溶解随温度的变化太大不符合实际情况。以[Emim][NTf₂]为例，在Fabrice Mutelet的研究中，温度从26～39℃时，其K_H从25.8MPa增加到125.9MPa。而在Hohn M.Prausnitz的结果中温度30～60℃时，K_H为52.2MPa～59.2MPa。再有2008年Alexia Finotello的气体溶解选择性等的结果中温度0～70℃时，K_H为53MPa～58MPa之间，在我的实验结果中同样其溶解效果随温度的变化并不明显。第三，其结果表明在44℃时，[C₂‐OHmim][PF₆]溶解效果优于[C₂‐mim][NTf₂]，此结果和其得出的结论相违背。

发明内容

本发明的目的是提供一种含氟离子液体高温溶解碳氢化合物的方法，该方法成本低，溶解效率高，与水相比溶解效果高40倍。可以有效解决碳氢化合物(尤其甲烷)的溶解效率。