【摘要】：羥烷基哌嗪是重要的醫(yī)藥中間體及有機(jī)化工原料,但其合成過(guò)程中常采用醇類有機(jī)溶劑,生產(chǎn)過(guò)程能耗大、步驟多,產(chǎn)品和溶劑在分離過(guò)程中會(huì)有損失。本論文采用水為反應(yīng)溶劑來(lái)代替目前羥烷基哌嗪類有機(jī)胺制備過(guò)程中使用的甲醇、乙醇等醇類有機(jī)溶劑,一步制備N,N′-二(2-羥丙基)哌嗪(HPP)、N,N′-二(2-羥乙基)哌嗪(BHEP)和N-(2-羥丙基)哌嗪(HPPZ)水溶液,具有清潔、廉價(jià)、無(wú)需分離過(guò)程、可直接調(diào)配為脫硫劑水溶液的特點(diǎn)。論文以哌嗪(PZ)和環(huán)氧丙烷(PO)為原料,直接制備出N,N′-二(2-羥丙基)哌嗪有機(jī)胺水溶液。通過(guò)熱力學(xué)分析,對(duì)反應(yīng)過(guò)程中主反應(yīng)和可能發(fā)生副反應(yīng)的熱力學(xué)參數(shù)進(jìn)行了計(jì)算,為采用水為溶劑合成HPP的研究提供了基礎(chǔ)。對(duì)反應(yīng)原料配比、反應(yīng)溫度等工藝條件進(jìn)行了優(yōu)化并采用GC和GC-MS對(duì)產(chǎn)物進(jìn)行表征。在PZ與PO的摩爾比為1比2.05,反應(yīng)溫度為5℃,反應(yīng)時(shí)間12h,緩慢加入PO的優(yōu)化條件下,制得產(chǎn)物中HPP含量96.77%。測(cè)定了產(chǎn)物吸收和解吸SO2性能,該脫硫劑對(duì)二氧化硫的飽和吸收量為0.7273mol/mol,解吸率為98.29%,結(jié)果表明直接由產(chǎn)物配制的吸收劑具有良好的二氧化硫吸收能力,并且可以通過(guò)熱解吸重復(fù)使用。對(duì)工藝路線進(jìn)行底物擴(kuò)展,以哌嗪(PZ)和環(huán)氧乙烷(EO)為原料,一步法制備N,N′-二(2-羥乙基)哌嗪有機(jī)胺水溶液。通過(guò)熱力學(xué)分析,計(jì)算出反應(yīng)過(guò)程中主反應(yīng)和可能發(fā)生副反應(yīng)均為放熱反應(yīng)。對(duì)原料PZ和EO的摩爾比、反應(yīng)溫度、反應(yīng)壓力進(jìn)行了優(yōu)化并采用GC和GC-MS對(duì)產(chǎn)物進(jìn)行表征。在PZ與EO的摩爾比為1比2.05,反應(yīng)溫度為10℃,反應(yīng)時(shí)間6h,反應(yīng)壓力-0.09MPa的條件下制得產(chǎn)物中BHEP的含量為95.93%,對(duì)其吸收和解吸SO2性能研究表明,該溶液的二氧化硫的飽和吸收量為0.7476mol/mol,解吸率為97.11%。采用氫離子作為氮端基保護(hù)劑,以PZ和PO為原料反應(yīng)合成N(-2-羥丙基)哌嗪。研究了氫源、原料摩爾比、反應(yīng)溫度對(duì)反應(yīng)的影響,優(yōu)化的反應(yīng)條件為:選用檸檬酸作為端基保護(hù)劑,哌嗪與檸檬酸的摩爾比為1:0.367,哌嗪與環(huán)氧丙烷的摩爾比為1:1,反應(yīng)溫度5℃時(shí),產(chǎn)物中HPPZ的含量達(dá)到79.50%;當(dāng)選用硫酸作為端基保護(hù)劑,pH值為7.50,哌嗪與環(huán)氧丙烷的摩爾比為1:0.8,反應(yīng)溫度25℃時(shí),產(chǎn)物中HPPZ的含量達(dá)到78.14%。該制備方法綠色環(huán)保,保護(hù)和脫保護(hù)工藝簡(jiǎn)單,具有較良好的經(jīng)濟(jì)效益。
【圖文】：

圖 2. 1 吸收 SO2工藝流程圖Figure 2.1 Process diagram for absorbing SO21-模擬煙氣鋼瓶；2-模擬煙氣鋼瓶總閥；3-模擬煙氣鋼瓶減壓閥；4-氮?dú)怃撈浚?減壓閥；6-氮?dú)怃撈靠傞y；7-氣體轉(zhuǎn)子流量計(jì)；8-緩沖器；9-二氧化硫煙氣分析儀；氣氣體吸收瓶；11-數(shù)顯恒溫水浴鍋；12-蛇形冷凝管；13-尾氣處理器將產(chǎn)物直接配制成吸收液，取 50mL 吸收液于吸收瓶中，穩(wěn)定水浴溫度后放入吸收瓶，上部接一根蛇形冷凝管冷凝水回流。模擬煙氣為 N2和 SO氣，調(diào)節(jié)模擬煙氣流量，其中氮?dú)饬髁?0.5L/min，SO2濃度 5000（±100）經(jīng)緩沖罐充分混合后通入吸收瓶?jī)?nèi)。利用煙氣分析儀檢測(cè)吸收瓶出氣口氣濃度，當(dāng)出口 SO2濃度測(cè)定值基本不再發(fā)生變化且與入口 SO2濃度測(cè)定值等時(shí)則認(rèn)為溶液已達(dá)到吸收飽和狀態(tài)。取下吸收瓶并用玻璃塞密封防止SO2被氧化，冷卻至室溫后用碘量法測(cè)定飽和吸收量 SQ。SQ 的計(jì)算公式SQ=C1 V1C0 V式中，C1表示 I2溶液的濃度，V1表示消耗 I2溶液的體積，C0表示煙的濃度，V 表示吸收液的體積。

圖 2. 2 解吸 SO2工藝流程圖Figure 2.2 Process diagram for desorbing SO2鋼瓶；2-氮?dú)怃撈靠傞y；3-氮?dú)怃撈繙p壓閥；4-轉(zhuǎn)子流量計(jì)；5-穩(wěn)流；7-模擬煙氣氣體解吸瓶；8-氮?dú)馊肟诠埽?-頂空橡膠塞；10-控溫-尾氣處理器；13-微量取樣器的飽和吸收液倒入解吸瓶中，將解吸瓶置于數(shù)顯智能控溫度為 102℃，，氮?dú)饬髁?0.1L/min，間隔取樣，待冷卻后用碘度。解吸率 DE 的計(jì)算公式：DE=C初-C末C初×100% 表示脫硫劑的解吸率，C初表示解吸前脫硫劑溶液中硫(IV硫劑溶液中硫(IV)濃度。
【學(xué)位授予單位】：合肥工業(yè)大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2019
【分類號(hào)】：TQ254

【參考文獻(xiàn)】

相關(guān)期刊論文 前10條

1 李福枝;石璞;譚平;;1,2-環(huán)氧丙烷酸堿催化開(kāi)環(huán)方向探討[J];化學(xué)工程與裝備;2013年06期

2 邵凡;劉有智;張s

本文編號(hào)：2693366