[发明专利]一种可再生有机胺烟气脱硫剂及其制备方法

说明书

技术领域

本发明属于烟气脱硫技术领域，具体涉及可再生有机胺烟气脱硫剂及其制备方法。

背景技术

我国是一个以煤炭为主要能源的国家，煤炭一直占我国能源的生产和消耗70%以上。随着对于能量需求的增大，燃煤产生的二氧化硫也是不断增加。二氧化硫不仅直接对人体的健康产生不利影响，它形成的酸雨对于自然生态环境等也有不可估算的损害。因此，加大对排放烟气中的二氧化硫量的控制力度显得越来越紧迫。目前，国际上应用于工业化生产的烟气脱硫工艺大多采用石灰石-石膏湿法，但是其副产物脱硫石膏难以处理。

中国专利200910117195.7公开了1,4-二(2-羟丙基)哌嗪作为烟气脱硫剂的有效成分，其合成过程中有溶剂参与，存在的溶剂会影响产品的纯度，且产品和溶剂分离过程复杂，同时会造成产品和溶剂损失，使得生产成本较高；且1,4-二(2-羟丙基)哌嗪在常温下为固体，在配成1,4-二(2-羟丙基)哌嗪硫酸盐的水溶液后，作为脱硫剂在实际使用过程中会在温度稍低的环境中结晶堵塞管道，比如1,4-二(2-羟丙基)哌嗪硫酸盐50℃时在水中的饱和度为51%，在保温不好的管道会有结晶析出。加拿大专利CA 1，329，467运用一种二元胺作为烟气脱硫剂，取得了良好的吸收解吸性能，且脱硫剂能有较好的回收率，但其pKa₁（其共轭酸pKa₁在4.5~7.3之间）较高，相应的硫酸盐脱硫剂的解吸率较低。

发明内容

本发明旨在提供一种具有无需溶剂参与合成，常温下为液态，且pKa₁较低，吸收解吸效果好，制备简单等优点的可再生烟气脱硫剂及其具体制备方法，以克服上述现有技术存在的缺陷。

具体的技术解决方案如下：

一种可再生有机胺烟气脱硫剂为1-(2-羟乙基)-4-(2-羟丙基)哌嗪硫酸盐的水溶液；

所述的1-(2-羟乙基)-4-(2-羟丙基)哌嗪结构式如下：

                                                            

所述的1-(2-羟乙基)-4-(2-羟丙基)哌嗪硫酸盐结构式如下：

             

所述1-(2-羟乙基)-4-(2-羟丙基)哌嗪硫酸盐的水溶液中1-(2-羟乙基)-4-(2-羟丙基)哌嗪质量分数为5~60%。

一种可再生有机胺烟气脱硫剂的具体操作步骤如下：

（1）1-(2-羟乙基)-4-(2-羟丙基)哌嗪的制备：

将52.0g N-(2-羟乙基)哌嗪加热到50℃，在冷凝回流搅拌下，滴加入23.2g的环氧丙烷，滴加时间1h，滴加过程中温度控制在60～65℃，滴加完毕后升温至75℃，继续反应2h，即得1-(2-羟乙基)-4-(2-羟丙基)哌嗪，反应方程式为：

；

（2）1-(2-羟乙基)-4-(2-羟丙基)哌嗪硫酸盐的制备：

在常温搅拌条件下，将0.7～8.0g浓硫酸慢慢滴加入46.8～12.0g水中，再缓慢加入2.5～30.0g的1-(2-羟乙基)-4-(2-羟丙基)哌嗪，完全溶解即得1-(2-羟乙基)-4-(2-羟丙基)哌嗪硫酸盐的水溶液，反应方程式为：

；

所得的1-(2-羟乙基)-4-(2-羟丙基)哌嗪质量分数为5～60%的1-(2-羟乙基)-4-(2-羟丙基)哌嗪硫酸盐的水溶液即为本文所述的可再生的烟气脱硫剂；在温度0℃以上保持为液态。

本发明的1-(2-羟乙基)-4-(2-羟丙基)哌嗪在合成过程中无溶剂参与，反应所得产物无需分离溶剂，按一定配比与适量水及硫酸混合即得脱硫剂，合成过程简单条件温和；且1-(2-羟乙基)-4-(2-羟丙基)哌嗪凝固点为-46.7℃，1-(2-羟乙基)-4-(2-羟丙基)哌嗪硫酸盐水溶液在0℃以上保持为液态，在生产过程中的温度稍低环境中不会结晶堵塞管道。

本发明所述的1-(2-羟乙基)-4-(2-羟丙基)哌嗪的pKa₁为3.73，低于加拿大专利CA 1，329，467所述的二元胺的pKa₁（其共轭酸pKa₁在4.5~7.3之间），本发明的脱硫剂解吸率较高。

本发明的烟气脱硫剂，含有质量百分比为5%—60%的1-(2-羟乙基)-4-(2-羟丙基)哌嗪并由硫酸调节至pH为3-7的硫酸盐水溶液。