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用離子液凈化天然氣的新技術(shù)

據(jù)美國(guó)《化學(xué)工程》2015年10月報(bào)道，離子液作為一種有實(shí)用價(jià)值的材料用于天然氣凈化（包括脫CO2和脫汞）具有光明的前景。在馬來西亞國(guó)家石油公司（Petronas）提供資金的項(xiàng)目中，英國(guó)北愛爾蘭女王大學(xué)離子液實(shí)驗(yàn)室對(duì)脫除天然氣中CO2的各種離子液進(jìn)行了研究。通常脫CO2都是用有腐蝕性和揮發(fā)性的胺，但離子液的物理性質(zhì)很有吸引力，有許多優(yōu)點(diǎn)。例如，離子液的穩(wěn)定性非常好，在典型的工藝條件下蒸汽壓非常低。而且，與胺不同，在用離子液時(shí)出現(xiàn)腐蝕的風(fēng)險(xiǎn)很小。研發(fā)團(tuán)隊(duì)用不同含水量的離子液配方研究在典型CO2分壓時(shí)（一般發(fā)現(xiàn)于水下天然氣資源）捕集CO2的能力。與離子液在其他方面的應(yīng)用一樣，選擇合適的陽(yáng)離子和陰離子極為重要。研發(fā)團(tuán)隊(duì)主要用含羧化物陰離子的離子液尋求溶劑最大量吸收CO2。離子液的堿性是另一個(gè)關(guān)鍵設(shè)計(jì)因素。研發(fā)團(tuán)隊(duì)也發(fā)現(xiàn)配方含近等摩爾體積水的離子液溶劑能強(qiáng)化CO2溶解能力，因?yàn)樗畢⑴c工藝的化學(xué)歷程并使離子液-水配方的黏度有所降低。

在考察許多離子液配方以后，女王大學(xué)的研究表明三丁基甲基膦丙酸酯是脫CO2最可行的優(yōu)選離子液。研發(fā)團(tuán)隊(duì)與澳大利亞Worley Parsons工程咨詢英國(guó)分公司合作對(duì)用離子液脫CO2的工藝進(jìn)行深入分析，其發(fā)現(xiàn)表明在與一種最有效的常規(guī)CO2吸收工藝（含活化的甲基二乙醇胺）相比，基于離子液的工藝（利用三丁基甲基膦丙酸酯）實(shí)際運(yùn)營(yíng)成本要低很多。其它優(yōu)點(diǎn)是熱量消耗減少，沒有腐蝕，選擇性和穩(wěn)定性相當(dāng)。女王大學(xué)的Natalia Plechkova稱，這項(xiàng)工藝已通過實(shí)驗(yàn)室和半中型裝置驗(yàn)證，作為研究成果已經(jīng)申請(qǐng)兩項(xiàng)專利。下一步的放大工作將是降低系統(tǒng)的黏度，改變現(xiàn)用的設(shè)備，以適應(yīng)新離子液技術(shù)的需要。這些發(fā)現(xiàn)對(duì)天然氣工業(yè)特別重要，因?yàn)槭澜缒承┑貐^(qū)對(duì)胺的使用有些限制性的法規(guī)。

女王大學(xué)的一些研究人員現(xiàn)在也在開發(fā)用離子液脫除天然氣中Hg工業(yè)應(yīng)用的HycaPure Hg新工藝。這項(xiàng)新工藝是與馬來西亞國(guó)家石油公司合作開發(fā)的，自2011年以來已用在馬來西亞運(yùn)行的工業(yè)裝置。2014年瑞士Clariant公司簽署了一項(xiàng)技術(shù)轉(zhuǎn)讓協(xié)議，以使這項(xiàng)技術(shù)在世界上推廣。 在許多碳?xì)浠衔镏刑烊淮嬖诘墓且环N有毒的污染物，會(huì)引起工藝設(shè)備的腐蝕和脆化，通常會(huì)使產(chǎn)品降級(jí)。有汞存在也有很大的爆炸危險(xiǎn)。HycaPure Hg新工藝能脫除存在于天然氣中所有的汞物種（有機(jī)的、無機(jī)的和元素汞），而且脫汞能力比競(jìng)爭(zhēng)的脫汞方法（如用含活性炭的材料、硫化物或銀）高3倍。從其動(dòng)力學(xué)看HycaPure Hg新工藝的優(yōu)點(diǎn)，據(jù)稱比用其他脫汞工藝快10~20倍，能處理汞含量變化的天然氣，特別是汞濃度達(dá)到峰值如不適當(dāng)降低就會(huì)對(duì)下游工藝造成破壞的那種天然氣。此外，離子液不揮發(fā)的屬性更是其價(jià)值所在，因?yàn)樵谔烊粴獾拿摴^程中就不會(huì)出現(xiàn)風(fēng)險(xiǎn)。

在實(shí)驗(yàn)室試驗(yàn)考察汞在離子液中的溶解度（這里所用的是一種氯酮酸鹽離子液）時(shí)，女王大學(xué)的研究人員發(fā)現(xiàn)，在流體狀態(tài)的離子液可用在洗滌塔中脫汞。可是，離子液系統(tǒng)的黏度對(duì)工業(yè)放大可能成為一個(gè)難題。因此就出現(xiàn)了一種擔(dān)載離子液相（SILP）的想法，即把離子液薄膜與多孔固體載體結(jié)合在一起，用在固定床洗滌塔中。載體擔(dān)載離子液能使離子液與天然氣流充分接觸，也有足夠的機(jī)械強(qiáng)度。

馬來西亞國(guó)家石油公司利用這項(xiàng)技術(shù)，從實(shí)驗(yàn)室一直到馬來西亞的天然氣處理廠，甚至在工業(yè)規(guī)模裝置上進(jìn)行了驗(yàn)證，得到的結(jié)果是天然氣中的汞含量遠(yuǎn)低于銷售規(guī)格對(duì)汞含量的要求。女王大學(xué)稱，HycaPure Hg新工藝可直接用于改造現(xiàn)有工業(yè)裝置，能提高脫汞能力，降低生產(chǎn)成本。女王大學(xué)強(qiáng)調(diào)指出，HycaPure的快速工業(yè)應(yīng)用到進(jìn)入工業(yè)操作將總共不到四年時(shí)間。

研究開發(fā)