專利名稱：用于氣體吸著的離子液體和裝置的使用方法
技術領域：
本發(fā)明涉及使用離子液體的方法，特別是用于吸著具有電多極矩的氣體或者蒸汽的方法。此外，本發(fā)明涉及用于吸著氣體或者蒸汽的裝置。
背景技術：
二氧化碳(CO2)是存在于許多氣體源中的不期望的稀釋劑。為了提高氣體的品質(zhì)，應當將CO2除去到可接受的規(guī)格。在氣體加工工業(yè)中，已經(jīng)使用了不同的技術用于除去CO2, 包括化學溶劑、物理溶劑和隔膜。迄今為止，化學溶劑(其是與CO2可逆反應的)最普遍的用于除去CO2。此外，從氣態(tài)流中除去CO2的方法是已知的，其包括將含有CO2的氣態(tài)流與吸收劑接觸，該吸收劑包含l-20wt的水和含有吡啶或者咪唑陽離子和陰離子的離子液體，其中所述的接觸是在吸收條件下進行的，來從含有CO2的氣態(tài)流中吸收至少一部分的CO2,和形成 CO2吸收劑絡合物。其后，回收該具有降低的(X)2含量的氣態(tài)產(chǎn)物。但是，該已知的除去CO2的方法是昂貴的。發(fā)明目的和內(nèi)容
本發(fā)明的目的是提供除去氣態(tài)或者蒸汽組分的方法和除去氣態(tài)或者蒸汽組分的裝置， 其能夠節(jié)約使用或者比已知的方法更廉價。這個目的可以通過根據(jù)獨立權利要求的使用離子液體的方法，特別是用于吸著具有電多極矩的氣體或者蒸汽的方法和用于吸著氣體或者蒸汽的裝置來解決。另外的示例性實施方案描述在從屬權利要求中。根據(jù)本發(fā)明的示例性方面，提供了將離子液體用于吸著具有電多極矩的氣體的方法，其中該離子液體包含陰離子和非芳族陽離子。應當注意的是根據(jù)本申請，術語“氣體”和 “氣態(tài)”和“蒸汽”和“蒸汽態(tài)”可以分別互換使用，即，在這些兩個術語之間沒有區(qū)別。特別地，該電多極矩可以是電偶極矩和/或電四極矩。該吸著可以是吸附或者吸收。該離子液體可以是純離子液體，即，基本上僅僅含有陰離子和陽離子的液體，同時不含其他組分，例如水?？蛇x擇的，可以使用含有該離子液體和溶劑或者另外的化合物例如水的溶液。例如，非該離子液體的其他組分的含量可以是35質(zhì)量％或者更低，特別是小于30質(zhì)量％，小于20質(zhì)量％，小于10質(zhì)量％，或者甚至小于5質(zhì)量％，其中對于全部上述范圍來說， 下限可以是大約lOppm。但是，在水作為其他組分的情況中，該范圍可以是大約10ppm-50% 質(zhì)量，特別是大約10ppm-35%質(zhì)量，大約10ppm-20%質(zhì)量，大約10ppm-10%質(zhì)量，或者甚至大約10ppm-5%質(zhì)量。在本文上下文中，應當注意根據(jù)具體的實施方案，該吸著可以通過離子液體本身來進行，例如可以具體是物理吸著。通常，該離子液體還可以進行化學吸著、物理吸著或者組合的化學-物理吸著。這種方法必須區(qū)別于這樣的方法，在其中離子液體僅僅形成了化合物或者組分例如聚合物的溶劑，其因此充當了用于具有電多極矩的氣體的吸著齊U。即，根據(jù)本發(fā)明具體的實施方案，該離子液體可以形成吸著具有電多極矩的氣體的的吸著劑。因此，根據(jù)示例性實施方案的方法可以包含步驟通過離子液體吸附具有電多極矩的氣體，其中該離子液體可以是純的或者基本純的離子液體或者可以包括一些具有僅僅很少，例如小于35質(zhì)量％的另外的組分的添加劑。在最普遍的形式中，該離子液體可以用[Q+] n[Zn_]來代表，其中Q代表非芳族陽離子，并且其可以通過例如W02005/021484所述的方法來生產(chǎn)，該文獻在此引入作為參考。根據(jù)本發(fā)明的示例性方面，提供了用于吸著具有電多極矩的氣體的裝置，其中該裝置包含離子液體的貯器，該離子液體包含陰離子和非芳族陽離子。特別地，該裝置可以包括入口、包含該離子液體的容器和任選地出口。該裝置可以用于從選自回收氣體、合成氣體、水煤氣(water gas)、天然氣、納入的空氣(inhaled air) 和放出的空氣(exhaled air)的介質(zhì)中吸著具有電多極矩的氣體例如C02。特別地，該裝置可以是熱泵。該熱泵可以包含回路，該回路包含作為工作介質(zhì)的CO2和包含陰離子和非芳族陽離子的該離子液體。特別地，在熱泵中使用成對的(a pair of )含有CO2和離子液體的工作介質(zhì)會是有利的，因為ω2是無毒的，其與其他可汽化的工作物質(zhì)相比，較少涉及環(huán)境問題。根據(jù)本發(fā)明的示例性方面，提供了使用離子液體來吸著具有電多極矩氣體的方法，其中該離子液體包含負碳離子和陽離子。使用該離子液體的非芳族陽離子能夠提供會比使用芳族陽離子更廉價和更安全的離子液體。這樣的離子液體可以是適于從氣體混合物中吸著具體氣體例如CO2或者蒸汽的介質(zhì)，并且也可以適于重新釋放這些具體氣體或者蒸汽。該具體的氣體和離子液體可以形成絡合物，即，該具體的氣體可以是絡合結合的。根據(jù)一些示例性實施方案，甚至可以除去固體化合物形式的絡合結合物(complex bound)。使用這樣的離子液體來吸著氣體會是有利的，因為離子液體的使用會表現(xiàn)出沒有或者至少基本上沒有蒸汽壓力，例如沒有可測出的蒸汽壓力或者甚至沒有鋼的相同數(shù)量級的蒸汽壓力。因此，該氣體或者氣體的混合物不會被該離子液體的蒸汽污染。此外，與其中使用芳族離子液體的情況相比，使用非芳族離子液體能夠提高該吸著方法的性能。例如，使用非芳族離子液體除去CO2會表現(xiàn)出提高的性能，甚至在其中(X)2的蒸汽壓力較低的情況中也是如此。但是，可選擇的，在該離子液體包含負碳離子的情況中，還可以使用具有芳族陽離子的離子液體。即，當使用包含負碳離子的離子液體時，該陽離子可以是芳族或者非芳族陰
1 子。接著，描述了使用離子液體來吸著氣體的方法的示例性實施方案的另外的方面。 但是，這些實施方案也應用于吸著氣體的裝置。根據(jù)使用離子液體的方法的示例性實施方案，該非芳族陽離子是脂肪族陽離子。 術語“脂肪族陽離子”還可以包括具有脂肪族側(cè)鏈的陽離子。脂肪族陽離子可以是用于離子液體的合適的非芳族陽離子，其比典型的芳族陽離子廉價和/或低毒。根據(jù)該使用離子液體的方法的示例性實施方案，該離子液體滿足通式[Q+] [A—]，其中該陰離子可以通過下面的結構之一來描述
Dl
R'
_ 和 I.·
χY XR權利要求
1.將離子液體用于吸著具有電多極矩的氣體的方法，其中該離子液體包含陰離子和非芳族陽離子。
2.根據(jù)權利要求1的使用離子液體的方法，其中該非芳族陽離子是脂肪族陽離子。
3.根據(jù)權利要求1或者2的使用離子液體的方法，其中該非芳族陽離子是季化材料。
4.根據(jù)權利要求1-3中任一項的使用離子液體的方法，其中該氣體選自以下中的一種H2O, HCN, H2S, H2Se, H2Te, CO2, CO, CS2, COS, CF2O, CF2S, O3, NO, NO2, N2O, N2O3, NOCl, NF3, HNO2, HNO3, RC0R，，RCOH, RC00H, CF3SO3H, CF3COOH, RC00R'，R0H, R0R, RSH, RSR, R0C1, ROBr, RONH2, RONHR', R0NR，R，，，RSO2Cl, RSO2Br, R0CN, RC0N, RCN, HF, HCl, HBr, HI, SO2, SO3, NH3, NH2R, NHR，R，，，NR，R，，R，，，，PH3, PH2R, PHR，R，，， PR，R，，R，，，，BF3, BCl3, BBr3, B2H6, BrF3, ClF3, ClF5, C1CN, IF5, AsH3, CH3F, CH3Cl, CH3Br, CH3I, POCl2, PSCl2, PF5, SF4, SF6, SO2F2, SO2Cl2, S0C1, H2C=CHBr, H2C=CHCl 禾口環(huán)氧乙烷。
5.根據(jù)權利要求4的使用離子液體的方法，其中R、R’、R’’和/或R’’’中的至少一種是選自以下的部分C1-C8-烷基，烯基，炔基，環(huán)烷基，環(huán)烯基，芳基和雜芳基。
6.根據(jù)權利要求1-5中任一項的使用離子液體的方法，其中該陰離子包含碳酸鹽，碳酸烷基酯，碳酸芳基酯，羧酸鹽，負碳離子和/或芳族化合物。
7.根據(jù)權利要求1-6中任一項的使用離子液體的方法，其中該離子液體滿足通式[Q+][A—]，其中該陰離子可以通過下面結構中的一種來表示
8.根據(jù)權利要求1-6中任一項的使用離子液體的方法，其中該離子液體滿足通式[Q+] a[Aa_]，其中具有電荷a-的[Aa_]選自二烷基酮，二烷基-1，3-二酮，烷基-β-酮酯，端炔烴，線性或者環(huán)狀1，3_硫醚，膦酸二烷基酯，二烷基丙二酸酯，氰基碳酸和它們各自的烷基酯，烷氧基碳酸和它們各自的烷基酯，氰基腈，環(huán)戊二烯(任選地是取代的)， 三烷基亞胺，二烷基亞胺，二芳基酮，烷基-芳基-酮，二芳基-1，3- 二酮，烷基-芳基-1， 3-二酮，芳氧基碳酸和它們各自的烷基酯，芳氧基碳酸和它們各自的芳基酯，芳基-β -酮酯，二芳基膦酸酯，烷基-芳基-膦酸酯，二芳基丙二酸酯，烷基-芳基-丙二酸酯，氰基碳酸芳基酯和芳基亞胺。
9.根據(jù)權利要求1-6中任一項的使用離子液體的方法，其中該離子液體滿足通式⑷+] a[Aa_]，其中[Aa_]是負碳離子，其是通過脫質(zhì)子化選自下面的化合物來形成的乙酰乙酸酯，丙二酸單腈，丙二酸二甲基酯，丙二酸二乙基酯，乙酰基丙酮，丙二酸二腈，丙酮，二乙基酮，甲基乙基酮，二丁基酮，1,3- 二噻烷，乙醛，苯甲醛，巴豆醛和丁醛。
10.根據(jù)權利要求1-9中任一項的使用離子液體的方法，其中該陰離子包含至少一個極性基團。
11.根據(jù)權利要求1-10中任一項的使用離子液體的方法，其中該陽離子是選自下面的季化或者質(zhì)子化的陽離子銨，清，锍，哌啶H，吡咯烷Il和嗎啉鋅!。
12.根據(jù)權利要求1-11中任一項的使用離子液體的方法，其中該陽離子選自下面的一種三烷基甲基銨，四甲基銨，三乙基甲基銨，三丁基甲基銨，三辛基甲基銨，三烷基銨，三甲基銨，三乙基銨，三丁基銨和三辛基銨。
13.根據(jù)權利要求1-12中任一項的使用離子液體的方法，其中該陽離子是選自下面的一種四甲基銨，三乙基甲基銨，三丁基甲基銨和三辛基甲基銨。
14.根據(jù)權利要求1-13中任一項的使用離子液體的方法，其中該陰離子可以寫成 [RCO2I的形式，其中[RCO2I是選自下面的一種羧酸鹽，甲酸鹽，乙酸鹽，丙酸鹽，丁酸鹽， 苯甲酸鹽和水楊酸鹽。
15.根據(jù)權利要求1-14中任一項的使用離子液體的方法，其中該陰離子可以寫成 [RCO2I的形式，其中[RC02_]是羧酸鹽，其中R是選自下面的基團=C1-C3tl-烷基，C3-C12-環(huán)焼基，C2_C30_ 烯基，C3-C12-環(huán)烯基，C2-C3tl-炔基，芳基和雜芳基。
16.根據(jù)權利要求1-15中任一項的使用離子液體的方法，其中該陰離子可以寫成 [RCO2I的形式，其中[RC02_]是羧酸鹽，其中R代表選自下面的1-3種基團C1-C6-烷基，芳基，雜芳基，C3-C7-環(huán)烷基，鹵素，氰化物，ORc, SRc, NRcRd, CORc, COORc, CO-NRcRd，其中 Rc 和/或Rd是選自下面的一種氧，C1-C6-燒基，C1-C6-鹵素烷基，環(huán)戊基，環(huán)己基，苯基，甲苯基禾口節(jié)基。
17.根據(jù)權利要求1-16中任一項的使用離子液體的方法，其中該氣體是C02。
18.根據(jù)權利要求17的使用離子液體的方法，其中CO2是從選自以下的介質(zhì)中吸著的 回收氣體，合成氣體，水煤氣，吸入的空氣和呼出的空氣。
19.用于吸著具有電多極矩氣體的裝置，該裝置包含包含陰離子和非芳族陽離子的離子液體的貯器。
20.根據(jù)權利要求19的裝置，其中該裝置是熱泵，和其中該熱泵包含回路，該回路包含作為工作介質(zhì)的(X)2和包含陰離子和非芳族陽離子的離子液體。
21.將離子液體用于吸著具有電多極矩氣體的方法，其中該離子液體包含負碳離子和陽離子。
22.根據(jù)權利要求21的使用方法，其中該離子液體滿足通式[Q+]a[Aa_]，其中⑷]+選自下面的一種季銨陽離子[RrR1R2R3N]+, ft [I^R1R2R3P]+,琉[R1VR2S]+和雜芳族陽離子。
全文摘要
提供了將離子液體用于吸著具有電多極矩的氣體的方法，其中該離子液體包含陰離子和非芳族陽離子。具體的，該電多極矩可以是電偶極矩和/或電四極矩。該吸著可以是吸附或者吸收。該離子液體可以是純離子液體，即，基本上僅僅含有陰離子和陽離子，而不含有其他組分例如水的液體?？蛇x擇的，可以使用含有該離子液體和溶劑或者另外的化合物例如水的溶液。
文檔編號C07C381/12GK102481513SQ201080028274
公開日2012年5月30日 申請日期2010年6月22日 優(yōu)先權日2009年6月25日
發(fā)明者卡爾布 R. 申請人:Vtu 控股有限責任公司