專利名稱：應(yīng)用羥烷基取代的哌嗪酮從氣流中除去二氧化硫的方法
對(duì)于居民和工業(yè)使用的天然氣在燃燒前的純化，以及對(duì)于燃煤工業(yè)中的煙道氣的凈化來說，從氣流中除去含硫氣體都是很重要的。現(xiàn)在仍然廣泛用的一種方法是熟知的石灰石洗滌法。此法的缺點(diǎn)是必須處理產(chǎn)生的大量的固體廢物。已提出了許多化合物來作為吸收劑，其中有些是對(duì)H2S或CO2具有選擇性。而另一些吸收劑則能夠以很高的百分比除去待處理的氣流中存在的所有酸性氣體。在最近的美國專利4，366，134中公開了一種體系，此體系使用檸檬酸鉀或檸檬酸鈉，來選擇性地從氣流中除去SO2。在另一較新的專利，即美國專利4，530704，中，從氣流中除去SO2的方法是，使含有SO2的氣流與一種哌嗪酮，嗎啉酮或其N-烷基取代的衍生物的水溶液接觸，譬如N，N′-二甲基-2-哌嗪酮。此專利所使用的每種化合物，都可以用常規(guī)的汽提法加以再生。
現(xiàn)已發(fā)現(xiàn)一種從氣流中吸收SO2的改進(jìn)方法，此方法使用羥烷基-2-哌嗪酮作為吸收劑，從而提高了對(duì)SO2的回收。
本發(fā)明是從含有SO2的氣流中除去SO2的方法，此氣流還可以含有通常與烴氣流或燃燒氣體有關(guān)的共存在的其它氣體，此方法是使用一種N-羥烷基-2-哌嗪酮或一種它的烷基或芳基取代的衍生物的水溶液，作為對(duì)SO2的吸收劑。
在從氣流中除去SO2時(shí)，用作吸收劑的化合物為下式所示的4-(2-羥烷基)-2-哌嗪酮
式中，R是氫或具有1個(gè)或2個(gè)碳原子的烷基，R1是氫，具有1-6個(gè)碳原子的烷基或芳基或具有6-12個(gè)碳原子的芳烷基，和R2是氫、烷基或具有1-6個(gè)碳原子的羥烷基或芳基或具有6-12個(gè)碳原子的芳烷基。
適合的4-(2-羥烷基)-2-哌嗪酮計(jì)有4-(2-羥基乙基)-2-哌嗪酮、4-(2-羥乙基)-1-甲基-2-哌嗪酮、4-(2-羥乙基)-3-甲基-2-哌嗪酮、4-(2-羥乙基)-5-甲基-2-哌嗪酮、3-乙基-4-(2-羥乙基)-2-哌嗪酮、3-乙基-4-(2-羥乙基)-2-哌嗪酮、6-乙基-4-(2-羥乙基)-2-哌嗪酮、4-(2-羥乙基)-5，6-二甲基-2-哌嗪酮、1-乙基-4-(2-羥乙基)-2-哌嗪酮、4-(2-羥乙基)-3-苯基-2-哌嗪酮、1，4-雙(2-羥乙基)-2-哌嗪酮、4-(2-羥丙基)-2-哌嗪酮、4-(2-羥丁基)-2-哌嗪酮、和4-(2-羥丙基)-6-甲基-2-哌嗪酮。
為減少再生時(shí)吸收劑隨SO2一起損失，最好是使用高沸點(diǎn)的吸收劑。本發(fā)明的化合物，比美國專利4，530，704的為同一目的所使用的N，N′-二烷基-2-哌嗪酮，具有高得多的沸點(diǎn)。例如同在一大氣壓下，N，N′-二甲基-2-哌嗪酮的沸點(diǎn)為241℃，而4-(2-羥乙基)-2-哌嗪酮的沸點(diǎn)為450℃。據(jù)認(rèn)為較高的沸點(diǎn)是由于在加熱期間生成了二聚物，當(dāng)然在再生步驟中也可能發(fā)生。
本發(fā)明的化合物是以水溶液的形式使用，其濃度為從0.1摩爾，直到它們?cè)谒械娘柡蜐舛?。使用后，吸收劑溶液可以加熱再生，如向溶液中通蒸汽，并循環(huán)再在吸收步驟中應(yīng)用。吸收操作的溫度可以從0-120℃，但最好從5-95℃。
可使用一個(gè)大氣壓左右至3個(gè)大氣壓的壓力，但最好的和適宜使用的是一個(gè)大氣壓。較高的溫度和壓力并非有害，只是可能需要對(duì)設(shè)備的設(shè)計(jì)加以改進(jìn)。
待處理的氣流中SO2的濃度可以在10ppm至45%(體積)的范圍內(nèi)變化。
本發(fā)明所使用的化合物的制備方法是，使適合的2-哌嗪酮或其取代的衍生物與環(huán)氧乙烷或2-氧乙醇反應(yīng)。此制備方法的改進(jìn)是，使N-羥烷基亞烷基二胺與乙二醛或取代的乙二醛反應(yīng)。
以下的實(shí)施例說明本發(fā)明方法的吸收劑的應(yīng)用。
實(shí)施例1將乙二醛的30%水溶液與2[(2-氨乙基)-氨基]乙醇的70%水溶液的反應(yīng)產(chǎn)物，在100℃溫度和高真空下，在一旋轉(zhuǎn)蒸發(fā)器中濃縮。將所得產(chǎn)物(75%4-(2-羥氧基)-2-哌嗪酮)在真空下蒸餾。將淡黃-褐色液體餾分溶于1-丙醇中，并在70℃和最終壓力＜5mmHg下，蒸餾以除去水-丙醇共沸物。將產(chǎn)物溶于乙腈溶液中。然后冷卻至4℃使其沉淀，過濾和最后從丙醇中結(jié)晶，得到白色產(chǎn)物(熔點(diǎn)59.5-60℃，沸點(diǎn)450℃)。毛細(xì)氣相色譜分析表明此白色晶體是純度為99+%的4-(2-羥乙基)-2-哌嗪酮。
實(shí)施例2用實(shí)施例1制備的4-(2-羥乙基)-2-哌嗪酮(HEP)的10%(重量)水溶液，作為吸收和再生二氧化硫的選擇性溶劑來進(jìn)行評(píng)價(jià)。為了證明4-(2-羥氧基)-2-哌嗪酮是能夠再循環(huán)使用的，在整個(gè)三次循環(huán)中均用相同的HEP的水溶液來從合成氣混合物中吸收SO2，然后再進(jìn)行再生。所用的試驗(yàn)程序即美國專利4，530，704所描述的。合成氣混合物的組成為大約77%的氮?dú)狻?0%的二氧化碳和3%的二氧化硫。將合成氣混合物在30-35℃以4.9ml/min的速率送入十泡罩Oldershaw吸收塔的底部。將吸收劑的水溶液以5ml/min的速率送入吸收塔的頂部。表Ⅰ列出了在三次循環(huán)期間，10%(重量)HEP水溶液的吸收塔操作條件、合成氣混合物的具體組成和離開吸收塔的氣體組成的分析結(jié)果。在全部三次循環(huán)中，HEP從氣流中均吸收了接近100%的SO2。
將HEP水溶液預(yù)熱到75-78℃，然后通過汽提塔。在1mmHg的壓力下，將吸收劑的水溶液以4ml/min的速率送入塔的頂部。在塔頂和塔底的液體溫度是98℃或99℃。帶有一些水蒸汽的經(jīng)汽提的SO2在頂部流出。貧化的吸收劑在汽提塔底部流出。表Ⅱ列出了HEP的汽提塔的操作條件、進(jìn)塔的SO2重量百分比和在塔底與吸收劑一同流出的SO2重量百分比，以及三次循環(huán)汽提出的SO2百分比。此外，在整個(gè)3次循環(huán)試驗(yàn)中，HEP溶液仍然保持其吸收與再生效率。
實(shí)施例3在100℃下將20%(重量)乙二醛水溶液在3小時(shí)內(nèi)逐滴加入30%(重量)的2-[(2-氨乙基)氨基]乙醇的水溶液中。用活性炭(NORITA)處理此反應(yīng)混合物的熱溶液，過濾并真空抽提。毛細(xì)氣相色譜分析表明，此金黃色產(chǎn)物是純度為90%的4-(2-羥乙基)-2-哌嗪酮。
實(shí)施例4用實(shí)施例3制備的HEP的10%(重量)水溶液，作為吸收和再生二氧化硫的選擇性溶劑來進(jìn)行評(píng)價(jià)。為了證明HEP是能夠再循環(huán)使用的，在四次循環(huán)中均用相同的HEP水溶液來從合成氣混合物中吸收SO2然后再進(jìn)行再生。合成氣混合物的組成和吸收塔與汽提系統(tǒng)的操作條件基本與實(shí)施例2所使用的相同。表Ⅲ列出了HEP水溶液的吸收塔的操作條件、合成氣混合物具體組成和離開吸收塔的氣體組成的分析結(jié)果。在全部四次循環(huán)中，HEP從氣流中吸收了接近100%的SO2。
表Ⅳ列出了含有HEP的汽提塔的操作條件、進(jìn)塔的SO2重量百分比和四次循環(huán)汽提出的SO2百分比。被HEP吸收的SO2有74-78%被汽提出。在整個(gè)四次循環(huán)中，HEP溶液仍保持其吸收與再生效率。
比較實(shí)例A用N，N′-二甲基-2-哌嗪酮(NNDP)的10%(重量)水溶液，作為吸收和再生二氧化硫的選擇性溶劑來進(jìn)行評(píng)價(jià)。合成氣混合物的組成和吸收塔與汽提塔的操作條件、實(shí)際上與實(shí)施例2和4使用的相同。表Ⅴ列出了NNDP水溶液的吸收塔的操作條件、合成氣混合物的具體組成和離開塔的氣體組成的分析結(jié)果。NNDP從合成氣流中吸收了100%的SO2。
表Ⅵ列出了NNDP汽提塔的操作條件、進(jìn)塔的SO2重量百分比和出塔的SO2重量百分比。被NNDP溶液吸收的SO2，僅有60%被汽提出來。
權(quán)利要求
1.從氣流中除去二氧化硫的方法，此方法包括將所述氣流與一種吸收所述二氧化硫的吸收劑水溶液接觸，然后加熱解吸和回收所述的二氧化硫，所述方法的特征在于，使用具有下式的化合物作吸收劑
式中R是氫或具有1個(gè)或2個(gè)碳原子的烷基，R1是氫、具有1-6個(gè)碳原子的烷基或芳基或具有6-12個(gè)碳原子的芳烷基，和R2是氫、烷基或具有1-6個(gè)碳原子的羥烷基或芳基或具有6-12個(gè)碳原子的芳烷基。
2.根據(jù)權(quán)利要求1的方法，其中所述的R2烷基是甲基或乙基。
3.根據(jù)權(quán)利要求1的方法，其中所述的R2羥烷基是羥乙基。
4.根據(jù)權(quán)利要求1的方法，其中至少一個(gè)R1是一個(gè)烷基。
5.根據(jù)權(quán)利要求4的方法，其中R1烷基是甲基或乙基。
6.根據(jù)權(quán)利要求1的方法，其中吸收劑化合物水溶液的濃度至少約0.1摩爾。
7.根據(jù)權(quán)利要求1的方法，其中從氣流中吸收SO2是在0-120℃的溫度下進(jìn)行的。
8.根據(jù)權(quán)利要求7的方法，其中從氣流中吸收SO2是在5-95℃的溫度下進(jìn)行的。
9.根據(jù)權(quán)利要求1的方法，其中氣流中SO4J<，2>的濃度是占?xì)怏w的10ppm-45%(體積)。
10.根據(jù)權(quán)利要求1的方法，其中所述的吸收劑是4-(2-羥乙基)-2-哌嗪酮。
全文摘要
從含SO
文檔編號(hào)B01D53/14GK1035780SQ8810605
公開日1989年9月27日 申請(qǐng)日期1988年8月13日 優(yōu)先權(quán)日1987年8月13日
發(fā)明者杜安·S·特雷比格, 詹姆斯·L·波特, 馬克·B·瓊斯, 約翰·M·莫茨 申請(qǐng)人:唐化學(xué)原料公司