叔胺

[山东邦化油脂化学]叔胺

叔胺又称“第三胺”,是 有机化合物 的一类,胺的一种,可以看成是氨气分子的三个氢都为烃基取代的产物,数叔胺显碱性,能与酸形成盐,叔胺命名时按 伯胺 的取代产物命名。

叔胺详情介绍

【中文名称】山东邦化—叔胺、脂肪叔胺、叔胺

【 溴化铒 】 BH DMA   、 tertiary amine

【外观】无色透明粘稠液体。

【溶解情况】不溶于水,易溶于有机 溶剂 。

二氧化碳 捕获是实现碳减排的重要途径之一。 CO2 捕获技术主要有物理吸收法、膜分离法、 化学 吸收法等,其中化学 溶剂 吸收法是最古老也是比较成熟并得到广泛应用的脱碳方法。化学吸收法是利用CO2 的酸性特点,采用碱性溶液进行酸碱化学反应吸收,然后借助逆反应实现溶剂的再生。 强碱 如 K2CO3 等,虽然也能作为溶剂且可以进行加热再生,但这种溶剂对系统腐蚀严重。工业上化学吸收法主要以有机醇胺类的 水溶液 作为吸收剂,利用吸收塔和再生塔组成系统对CO2 进行捕集。工业中常用的几种醇胺是 伯胺 MEA ( 一乙醇胺 )、 仲胺 DEA( 二乙醇胺 )以及叔胺MDEA(N- 甲基二乙醇胺 )和TEA( 三乙醇胺 )等。各种胺捕集CO2各有利弊,伯胺、仲胺吸收 速率 快,但易生成较稳定的 氨基 甲酸 盐,再生程度低;叔胺再生性能好,但吸收速率较慢。混合胺吸收液可以发挥单组分 有机胺 的优点,弥补缺点,高效低耗的复合吸收剂是吸收剂的发展趋势。

MEA 是最早也是应用最广的工业生产用吸收剂,优化MEA 吸收剂是关注的问题之一。仅对吸收剂性能而言,“高效低耗”主要指高吸收、低能耗(即再生性能高)。鉴于叔胺的再生性能高,可以弥补 MEA 在这方面的缺点,MEA 与叔胺构成的混合胺(MEA/叔胺)吸收剂受到广泛关注,这些研究主要集中在对CO2 吸收的传质过程( 动力学 )研究。对于捕获性能研究,叔胺主要研究的是MDEA 和TEA,其余叔胺研究较少。

叔胺用途

叔胺用途非常广泛,是制备季 盐的重要中间体,广泛用在沥青 乳化剂 的生产、化工抗静电剂、发泡剂、油田破 乳剂 、农药乳化剂、植物柔软剂等。

下游产品:邦化—— 三甲基十八烷基氯化铵 1831

邦化—— 十六烷基三甲基氯化铵 1631

邦化—— 十二烷基三甲基氯化铵 1231

邦化——双十八 烷基二甲基氯化铵 D1821

邦化—— 苯扎氯铵 1227

邦化—— 十八烷基二甲基苄基氯化铵 1827

邦化—— 氧化胺

邦化—— 甜菜碱

用于有机合成、 没药树 改性、高吸收剂的 交联剂 、离子交换树脂的中间体等。

叔胺制备

由醇和 二甲胺 等反应制得。

常见叔胺

广泛使用的叔胺主要有 烷基 二 甲基 叔胺、双 基甲基叔胺和胺的 乙氧基 化物(严格讲应该属于 伯胺 衍生物)。

实验方法

1.试剂

实验使用的化学试剂。以纯胺和蒸馏水配制:①浓度为2 mol/L 单一 有机胺 水溶液 ,包括 MEA 、DEAE、DMAE 和MDEA 水溶液;②总浓度为2 mol/L 的MEA/DEAE 、MEA/DMAE 、MEA/MDEA 混胺水溶液,混胺溶液中MEA 与叔胺的 摩尔 比为4∶1。

2.实验装置和实验方法

(1)实验装置

吸收液对 CO2 的吸收和再生 速率 的实验装置测定。恒温油浴由DF-101XP 型集热式测速磁力搅拌器( 金坛区 正基仪器有限公司)和油组成。175-T2 数字温度计( 德图仪器 有限公司)和D-600CD质量流量计( 东莞市 德欣电子科技有限公司)由计算机控制,温度和流量数据每2 s 采集一次。

(2)实验方法

将装有100 mL 吸收液的吸收瓶放入恒温油浴中,搅拌速度设定为180 r/min。当吸收液温度达到40 ℃时,将纯 二氧化碳式气枪 气体通入吸收瓶中。进口气体流量由气体质量流量计设定控制,本实验为400mL/min,出口处CO2 流量由流量计记录,当其与进口流量接近时,停止实验,此时是吸收CO2 的饱和吸收点。吸收 速率 对吸收时间积分得到吸收量。

将CO2 饱和富液在110 ℃进行再生实验,当出口流速低于5 mL/min 时,停止实验。

结果与讨论

1 有机单胺吸收/再生

(1)有机单胺吸收比较

2 mol/L MEA 、DEAE、DMAE 和MDEA 水溶液 的 CO2 吸收速率、 吸附 量、吸收温度与吸收时间的关系。MEA的吸收速率和吸收量在吸收初期约8 min 内远远高于叔胺,大小顺序为MEA>DEAE>DMAE>MDEA,之后MEA 的吸收速率和吸收量与叔胺的顺序为MEA<MDEA<DMAE<DEAE。

温度变化是反应进行程度的体现,温度变化大表明反应程度大。MEA 吸收液的反应过程的温度升高程度远远大于叔胺,MEA 与CO2的反应程度大因而吸收 速率 远大于叔胺。而且MEA只有一个温度峰(发热),表明其吸收 CO2 是一个化学反应即生成较稳定的 氨基 甲酸 盐,,因而吸收速率快。H2O 作为碱 催化 反应。

叔胺吸收CO2 是由多个吸收过程构成,而且每个吸收过程的“反应”程度只有很少减弱,因而吸收速率基本不变。实验测得2 mol/L 的MDEA、DMAE 和DEAE 吸收液的pH 值低于13.0。研究表明,对应pH 值低于13.0 的叔胺溶液,其吸收CO2 主要是利用胺分子上N 原子的一对孤对电子,使 游离胺 与水之间形成 氢键 ,增强了H2O与CO2的反应活性,胺作为 碱催化剂 促进CO2水化,生成的是不稳定的HCO3,因而发热低,反应程度低, 速率 慢。由于H2O 在吸收液中总是足够量的,因此,反应一直进行,直至叔胺耗尽,表现出叔胺的吸收速率一直都变化不大,即后期超过MEA。

MEA 对CO2 的最大理论负荷是0.5 摩尔 。CO2/mol MEA ,实验测出MEA 的负荷大于理论负荷,这是因为H2O 不仅 催化 MEA,而且本身吸收CO2;叔胺对CO2 的最大负荷是1 mol CO2/mol 叔胺,但实际上测出的值小于此值,原因之一是 吸收反应 速度太慢,反应不彻底造成。虽然叔胺的吸收负荷高于MEA,但是吸收初期 速率 太低,不适合单独作为工业吸收剂。

(2)有机单胺再生比较

再生速率先逐渐升高,达到最高值后逐渐降低,直到反应结束。从再生速率可以看出,叔胺明显高于MEA,这是因为再生是吸收的逆反应,叔胺吸收CO2 形成的盐不稳定,分解较为容易。叔胺在最短的时间内再生完全,而MEA 再生完全需很长时间,再生程度最低。最终再生量为DEAE>DMAE>MDEA>MEA;叔胺的再生量与吸收量大小顺序一致,因为相同类型胺吸收再生时,吸收量越多,在足够的时间内再生量就会越大。再生率反映了再生程度,与再生量不同其顺序为MDEA>DEAE>DMAE>MEA,MDEA 因为其高再生 速率 和再生率成为近年来的研究热点。

2 MEA/叔胺混合胺的吸收与再生性能

(1) MEA /叔胺的吸收性能

MEA/叔胺混合胺吸收速率和吸收量及吸收过程的温度变化。MEA/叔胺混合溶液兼具MEA 和叔胺的吸收特性。由于MEA 与CO2 的化学反应速率大于叔胺,吸收初期混合胺的吸收速率主要由MEA 决定,而后期主要由反应速率慢的叔胺决定,吸收量也是如此。因此,初期吸收速率MEA/叔胺<MEA,后期相反。由于MEA 与CO2 的反应程度远高于叔胺,因而混合胺的温度变化与MEA 类似。

吸收初期,相同浓度下MEA/叔胺的吸收量<MEA,但后期高于 MEA ,总吸收量情况如表4 所示,MEA/叔胺的吸收量大于MEA,其中MEA/MDEA 最高,是MEA 的1.13 倍。实验还发现,单胺DEAE 和DMAE 吸收CO2 时有明显的发泡现象;它们与MEA 的混合胺也有较低的发泡性,而MEA 与MDEA 的混合胺不发泡。

(2) MEA/叔胺的再生性能

从MEA/叔胺混合胺的再生情况可以看出,MEA/叔胺解吸 速率 明显高于单组分MEA;在相同解吸时间内,解吸负荷MEA/MDEA>MEA/DMAE>MEA/DEAE>MEA,MEA/MDEA 解吸效果较好。,MEA/叔胺混合体系再生率均远高于单组分MEA,说明混合胺再生能耗较MEA 大大降低。

3 MEA 与叔胺的交互作用

混合胺吸收液除了兼有其组成胺的吸收特性外,还存在交互作用。叔胺作为碱可 催化 MEA 的吸收,因此它们之间存在交互作用。交互作用系数采用增强因子计算,计算复杂。

MDEA 与叔胺之间存在较强的交互作用,即MEA 与叔胺相互促进吸收,其中MEA 与MDEA 之间的交互作用最强。交互作用还与吸收时间有关,随着吸收进行,逐渐增大,而后减弱。再生过程中混合胺再生过程的交互作用与吸收过程中的截然不同,随再生时间初期交互作用下降很快,而后上升。MDEA 与MEA 之间不管是吸收过程还是再生过程中的 协同作用 均最强。

从工业应用的角度出发,选择合适的吸收液,要选择在吸收和再生初期能够吸收尽可能多的CO2的 溶剂 且其再生率和再生量足够大。MEA 和叔胺分别满足前者和后者的要求,单独使用不适合工业应用。将其混合,吸收量和再生量都提高,但是吸收 速率 和初期的吸收量较低,不利于工业化。MEA 与叔胺之间的再生协同作用较强,可以发挥MEA 吸收的优势,又使再生量和再生率得到提高。从筛选的叔胺看,MDEA 可较好地优化 MEA   。

叔胺总结

(1)单组分 有机胺 对CO2 吸收表明,MEA 吸收速率快,但再生较困难;而叔胺虽然吸收速率低、达吸收饱和时间长,但吸收量高且极易再生。

(2)以MEA 为吸收主体的3 种MEA/叔胺混合胺的吸收量、再生效果较MEA 好,但是吸收 速率 减低。

(3)叔胺与MEA 在吸收和再生过程中都存在交互作用,交互作用与叔胺种类及吸收时间有关;其中MDEA 与MEA 之间的 协同作用 最强。MEA/MDEA 吸收和再生性能较好,并且吸收过程的不发泡,是较好的脱碳吸收剂。