一種利用酸性鐵基離子液體催化氧化硫化氫的方法
【專利摘要】本發明公開了一種利用酸性鐵基離子液體催化氧化硫化氫的方法，首先將水合三氯化鐵或無水三氯化鐵與二取代烷基咪唑氯鹽以設定的摩爾比混合，合成酸性鐵基離子液體；然后，將設定濃度的硫化氫氣體和氧氣或空氣同時通入干燥后的酸性鐵基離子液體中，在一定溫度下發生催化-氧化反應，其中所述酸性鐵基離子液體與設定濃度的硫化氫氣體反應生成硫磺和亞鐵離子液體后，所述氧氣或空氣將所述亞鐵離子液體氧化再生為鐵基離子液體和水。利用該方法所得到的硫磺產率高、顆粒大、易于分離，且該方法具有硫容高和鐵利用率高的特點。
【專利說明】一種利用酸性鐵基離子液體催化氧化硫化氫的方法
【技術領域】
[0001] 本發明涉及硫化氫處理【技術領域】，尤其涉及一種利用酸性鐵基離子液體催化氧化 硫化氫的方法。
【背景技術】
[0002] 硫化氫（H2S)主要來源于天然氣加工、石油冶煉和煤氣化過程中。由于它的毒性 和腐蝕性，硫化氫（H 2S)必須被處理達到非常低的濃度。目前在天然氣脫硫和煉油廠脫硫 等領域有巨大潛力的工藝為絡合鐵水溶液催化-氧化硫化氫。
[0003] 但成熟的堿性絡合鐵工藝存在著絡合劑降解、細小硫磺形成的硫堵和硫-氧酸等 副產物的生成等問題。相比較而言，酸性的未絡合鐵體系有以下突出的優點：⑴三價鐵在酸 性溶液中的溶解度很大，無需絡合劑，也就不存在降解的問題；⑵酸性溶液中沒有硫氧化物 的形成；⑶產物硫磺晶體很好過濾，無需使用表面活性劑；⑷酸性條件避免了溶液吸收二 氧化碳后的碳酸化，無需排放廢液。不過，酸性的硫化氫在酸性溶液中的溶解度較低，從而 硫化氫凈化效率低下，同時未絡合的鐵離子，其再生速度較慢。
[0004] 利用硫化氫在離子液體中溶解度較大的特性，酸性的鐵基離子液體脫硫工藝被提 出。其過程為六水三氯化鐵與1- 丁基-3-甲基咪唑氯鹽以摩爾比2 :1混合，依次經過攪 拌、離心和分液得到鐵基離子液體，然后利用該鐵基離子液體進行非水相脫硫。雖然該方法 有著較高的硫化氫脫除效率，但是其強酸性導致硫容和鐵利用率較低。
【發明內容】
[0005] 本發明的目的是提供一種利用酸性鐵基離子液體催化氧化硫化氫的方法，利用該 方法得到的硫磺產率高、顆粒大、易于分離，且該方法具有硫容高和鐵利用率高的特點。
[0006] 一種利用酸性鐵基離子液體催化氧化硫化氫的方法，所述方法包括：
[0007] 將水合三氯化鐵或無水三氯化鐵與二取代烷基咪唑氯鹽以設定的摩爾比混合，合 成酸性鐵基離子液體；
[0008] 將合成的酸性鐵基離子液體干燥脫水；
[0009] 將設定濃度的硫化氫氣體和氧氣或空氣同時通入干燥后的酸性鐵基離子液體中， 在一定溫度下發生催化-氧化反應，其中：
[0010] 所述酸性鐵基離子液體首先與設定濃度的硫化氫氣體反應生成硫磺和亞鐵離子 液體，然后所述氧氣或空氣將所述亞鐵離子液體氧化再生為鐵基離子液體和水。
[0011] 所述二取代烷基咪唑氯鹽包括：
[0012] 氣化1，3_二燒基味挫，氣化1-條基_3_燒基味挫，氣化1-節基_3_燒基味挫和 1-芐基-3-烯基咪唑；
[0013] 其中，烷基含碳數為1-16,烯烴基的含碳數為2-8。
[0014] 在所述酸性鐵基離子液體中，鐵以四氯鐵酸根的形式存在。
[0015] 在合成酸性鐵基離子液體的過程中：
[0016] 所述設定的摩爾比指的是水合三氯化鐵或無水三氯化鐵與二取代烷基咪唑氯鹽 的摩爾比設定在0至1之間。
[0017] 所述硫化氫氣體包括天然氣、沼氣或煉油廠尾氣中含有硫化氫的氣體，且所設定 的濃度在0-100%之間。
[0018] 由上述本發明提供的技術方案可以看出，利用該方法得到的硫磺產率高、顆粒大、 易于分尚，且該方法具有硫容尚和鐵利用率尚的特點。
【專利附圖】
【附圖說明】
[0019] 為了更清楚地說明本發明實施例的技術方案，下面將對實施例描述中所需要使用 的附圖作簡單地介紹，顯而易見地，下面描述中的附圖僅僅是本發明的一些實施例，對于本 領域的普通技術人員來講，在不付出創造性勞動的前提下，還可以根據這些附圖獲得其他 附圖。
[0020] 圖1為本發明實施例所提供的利用酸性鐵基離子液體催化氧化硫化氫的方法流 程不意圖；
[0021] 圖2為本發明實施例所舉實例中催化氧化硫化氫的裝置結構示意圖；
[0022] 圖3為本發明實施例所舉實例中摩爾比為0. 2:1的鐵基離子液體催化氧化硫化氫 所得硫磺粒子的粒徑分布圖。
【具體實施方式】
[0023] 下面結合本發明實施例中的附圖，對本發明實施例中的技術方案進行清楚、完整 地描述，顯然，所描述的實施例僅僅是本發明一部分實施例，而不是全部的實施例。基于本 發明的實施例，本領域普通技術人員在沒有做出創造性勞動前提下所獲得的所有其他實施 例，都屬于本發明的保護范圍。
[0024] 本發明實施例是通過降低鐵基離子液體合成時的三氯化鐵與咪唑氯鹽的摩爾比 來提高硫容和鐵利用率。下面將結合附圖對本發明實施例作進一步地詳細描述，圖1為本 發明實施例所提供利用酸性鐵基離子液體催化氧化硫化氫的方法流程示意圖，所述方法包 括：
[0025] 步驟11 :將水合三氯化鐵或無水三氯化鐵與二取代烷基咪唑氯鹽以設定的摩爾 比混合，合成酸性鐵基離子液體；
[0026] 在該步驟中，首先合成酸性鐵基離子液體，具體是將水合三氯化鐵或無水三氯化 鐵與二取代烷基咪唑氯鹽以設定的摩爾比混合，這里設定的摩爾比指的是水合三氯化鐵或 無水三氯化鐵與二取代烷基咪唑氯鹽的摩爾比設定在〇至1之間（不包含〇和1)。
[0027] 具體實現中，上述二取代烷基咪唑氯鹽具體包括：
[0028] 氣化1，3_二燒基味挫，氣化1-條基_3_燒基味挫，氣化1-節基_3_燒基味挫和 1-芐基-3-烯基咪唑；其中，烷基含碳數為1-16,烯烴基的含碳數為2-8。
[0029] 另外，在所述酸性鐵基離子液體中，鐵以四氯鐵酸根的形式存在。
[0030] 步驟12 :將合成的酸性鐵基離子液體干燥脫水；
[0031] 步驟13 :將設定濃度的硫化氫氣體和氧氣或空氣同時通入干燥后的酸性鐵基離 子液體中，在一定溫度下發生催化-氧化反應。
[0032] 在該步驟中，所發生的催化-氧化反應為：所述酸性鐵基離子液體首先與設定濃 度的硫化氫氣體反應生成硫磺和亞鐵離子液體，然后所述氧氣或空氣將所述亞鐵離子液體 氧化再生為鐵基離子液體和水。
[0033] 上述過程是將鐵基離子液體為催化劑，氧氣為氧化劑，將硫化氫催化氧化為硫磺 和水，具體實現中也可以采用空氣為氧化劑；所發生反應的溫度指的是從室溫至鐵基離子 液體的分解溫度之間的任一溫度。
[0034] 上述硫化氫氣體包括天然氣、沼氣或煉油廠尾氣中含有硫化氫的氣體，且所設定 的濃度在0-100%之間。
[0035] 具體實現中，可以是設定濃度的硫化氫氣體和氧氣或者空氣同時通入同一反應器 中；也可以是設定濃度的硫化氫氣體先在吸收塔里與鐵基離子液體反應生成硫磺，然后在 再生塔里完成氧氣或空氣再生鐵基離子液體的反應。
[0036] 下面以具體的實例對上述鐵基離子液體催化氧化硫化氫的方法過程進行詳細說 明：
[0037] 首先，FeCl3 · 6H20 與[bmim]Cl 分別按照摩爾比 0· 1:1、0.2:1、0.3:1、0.4:1 以及 0. 5:1在40°C的開放的環境中攪拌至形成均相的溶液后，將所得的溶液在60°C旋轉蒸發， 且在80°C真空干燥12小時，得到摩爾比小于1:1的酸性鐵基離子液體。
[0038] FeCl3 ·6Η20與[bmim]Cl按照摩爾比2:1混合后，常溫下攪拌24h，靜止分層，取上 層的液體后，將所得的溶液在60°C下旋轉蒸發，且在80°C下真空干燥12小時得到[bmim] FeCl4I^i子液體。
[0039] 如圖2所示為本發明實施例所舉實例中催化氧化硫化氫的裝置結構示意圖，其中 包括：H 2S氣瓶1 ;集熱式恒溫加熱磁力攪拌器2 ;三口燒瓶3 ;冷凝管4 ;02氣瓶5。利用圖 2的裝置，首先取33-40mL的酸性鐵基離子液體注入三口燒瓶中，于80°C下，控制99. 9% O2 流量為60mL/min，99. 9 % H2S流量為15mL/min，催化-氧化4. 6-6h，過濾得到硫磺固體，稱 重。不同摩爾比的酸性鐵基離子液體的反應條件和硫磺質量如下表所示：
【權利要求】
1. 一種利用酸性鐵基離子液體催化氧化硫化氫的方法，其特征在于，所述方法包括： 將水合三氯化鐵或無水三氯化鐵與二取代烷基咪唑氯鹽以設定的摩爾比混合，合成酸 性鐵基離子液體； 將合成的酸性鐵基離子液體干燥脫水； 將設定濃度的硫化氫氣體和氧氣或空氣同時通入干燥后的酸性鐵基離子液體中，在一 定溫度下發生催化-氧化反應，其中： 所述酸性鐵基離子液體首先與設定濃度的硫化氫氣體反應生成硫磺和亞鐵離子液體， 然后所述氧氣或空氣將所述亞鐵離子液體氧化再生為鐵基離子液體和水。
2. 根據權利要求1所述利用酸性鐵基離子液體催化氧化硫化氫的方法，其特征在于， 所述二取代烷基咪唑氯鹽包括： 氣化1，3_二燒基味挫，氣化1_條基_3_燒基味挫，氣化1_節基_3_燒基味挫和1_節 基-3-烯基咪唑； 其中，烷基含碳數為1-16,烯烴基的含碳數為2-8。
3. 根據權利要求1所述利用酸性鐵基離子液體催化氧化硫化氫的方法，其特征在于， 在所述酸性鐵基離子液體中，鐵以四氯鐵酸根的形式存在。
4. 根據權利要求1所述利用酸性鐵基離子液體催化氧化硫化氫的方法，其特征在于， 在合成酸性鐵基離子液體的過程中： 所述設定的摩爾比指的是水合三氯化鐵或無水三氯化鐵與二取代烷基咪唑氯鹽的摩 爾比設定在0至1之間。
5. 根據權利要求1所述利用酸性鐵基離子液體催化氧化硫化氫的方法，其特征在于， 所述硫化氫氣體包括天然氣、沼氣或煉油廠尾氣中含有硫化氫的氣體，且所設定的濃度在 0-100 % 之間。
【文檔編號】C01B17/04GK104445085SQ201410638566
【公開日】2015年3月25日 申請日期:2014年11月6日 優先權日:2014年11月6日
【發明者】王建宏 申請人:北京石油化工學院