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陈赓良 的个人博客

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空间位阻胺

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空间位阻胺是指在其分子中与氮原子相邻的α碳原子上带有一个或两个取代基团,从而能产生空间位阻效应的新型有机胺类,如图1中所示的2-氨基-2-甲基-1-丙醇(AMP)、孟烷二胺(MDA)和2-哌啶乙醇(PE)。它们均具有较高的沸点、良好的水溶性,同时也具有与H2S反应的良好活性。在实验室内系统研究过的几种空间位阻仲醇胺的主要性能如表1所示。表中所示数据说明,空间位阻胺的pKa值均大于10,比MDEA高得多;而且由于空间位阻效应的影响,它们对H2S的选择性也都优于MDEA,其中尤以TBEE的选择性最高,其它空间位阻胺的选择性依次排列如下:

TBEE >TBB>TBE>ADMHD>TBP>2-TBP>MDEA


除了空间位阻仲醇胺外,空间位阻二胺基醚也具有比MDEA更高的选择性。但是,一般环状烷基的空间位阻能力均不及叔丁基,且对H2S的反应活性也较差,故迄今未见作为选择性脱硫溶剂的报导。此外,某些碱性的天然有机化合物,由于其N原子上连接了具有强烈空间位阻效应的基团,如茛菪碱(tropine)、9-甲基石榴皮丹宁醇、N-(3-羟丙基)吡啶、N-(3-羟丙基)吖丁啶等,作为脱硫溶剂使用时也具有良好的选择性。

   根据空间位阻效应的概念,美国Exxon研究与工程公司详细研究了在醇胺分子中的胺基(-NH2)上引入不同有机基团对选吸效果的影响,并提出可以用Taft空间位阻常数(-Es)来加以衡量。研究表明,胺基上的H原子被空间位阻常数大于1.74的叔丁基取代后,就能得到选吸效果比MDEA好得多的空间位阻胺。循此分子设计开发思路,该公司研制成功了一系列牌号为Flexsorb的空间位阻胺脱硫溶剂,广泛应用于天然气脱硫与SCOT法尾气处理,迄今已建有30多套工业装置,是目前天然气工业中应用最广泛的空间位阻胺选择性脱硫溶剂。该公司现有FlexsorbSE、Flexsorb SE+、Flexsorb SE(混合)、Flexsorb PS和Flexsorb HP等5个产品牌号。其中,Flexsorb SE、Flexsorb SE+主要用于气体的选择性脱硫。Flexsorb SE+是Flexsorb SE的改进,加有一种特殊的添加剂,进一步改进了对H2S的选吸性能。

Flexsorb SE(混合)是由SE空间位阻胺溶剂、水和物理溶剂混合组成,可选择性脱除H2S,并可兼脱有机硫。由于Flexsorb溶剂脱除H2S的传质速率高,酸气负荷也高,因而溶剂循环量低,再生蒸汽的用量也较低。并且溶剂抗发泡、腐蚀和降解的能力较强。Flexsorb PS也是由空间位阻胺和物理溶剂混合而成,其性能与Sulfinol-M相似,但对CO2的共吸收率则低得多,主要用于气体的脱硫脱碳。FlexsorbHP则是含有空间位阻胺促进剂的热碳酸钾溶液,是对传统的助剂型热碳酸钾工艺的改进。