CN102091505A - 一种储存和捕集二氧化碳气体的混合物 - Google Patents

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Abstract

本发明属于二氧化碳储存与捕集领域，具体涉及一种促进二氧化碳水合物形成的混合物。所述混合物包括水，其特征在于，所述混合物还包括：3-20%的环戊烷、1-10%的碳纤维、0.3-8%表面活性剂、1-6%的助表面活性剂，所述百分数表示质量分数，以混合物的质量为100%；其中，所述表面活性剂选自：全氟聚醚碳酸铵、2-乙基己基琥珀酸酯磺酸钠、氟碳表面活性剂、聚乙二醇三甲基壬基醚；助表面活性剂选自：乙醇、氟代戊醇、正丁醇、正戊醇或异戊醇。所述混合物可以使二氧化碳水合物更容易、更快形成，更高效的捕集二氧化碳气体。

Description

一种储存和捕集二氧化碳气体的混合物
技术领域
本发明属于二氧化碳储存与捕集领域，具体涉及一种促进二氧化碳水合物形成的混合物。
背景技术
二氧化碳作为温室气体的主要成分越来越受到关注，是减排的主要对象。我国以煤炭为主要能源的结构，导致二氧化碳的排放量随着经济的发展大幅度上升，已成为年二氧化碳排放量最多的国家之一，控制二氧化碳排放所受到的环境和国际压力越来越大。实现温室气体二氧化碳减排的方法主要有：节能减排，通过技术的改进与发展，提高能源利用率，减少能源消耗总量，降低二氧化碳实际排放量；利用可再生能源（如太阳能、风能等），减少化石能源的消耗；对燃料燃烧产生的二氧化碳进行捕集处理，降低直接排放到大气中的二氧化碳。捕集的二氧化碳除部分被作为碳资源利用外，趋于的二氧化碳要进行再处理和储存，防止其扩散到大气中造成温室效应。
从工厂排放的烟气中捕集二氧化碳的方法主要有基于化学吸收、吸附、膜分离等方法，水合物捕集分离二氧化碳是近年来研究的二氧化碳分离新方法。但由于二氧化碳在水中的溶解度小，二氧化碳水合物形成速度慢、结晶诱导时间长，水合物形成条件比较苛刻（二氧化碳水合法以其不造成二次污染、经济可行性强等优点受到越来越多的关注，但是由于在形成二氧化碳水合物的条件苛刻，需要低温高压等条件，例如，0摄氏度时，二氧化碳生成水合物的压力为1.26MPa），二氧化碳水合物的形成通常在相界面形成，造成后续的水合物生长难，生成的水合物中含水率高，而且水合物的生长具有不确定性。
因此，需要研究一种可以使二氧化碳水合物更容易、更快形成的方法。
发明内容
本发明的目的是提供一种储存和捕集二氧化碳气体的混合物，使二氧化碳水合物更容易、更快形成，更高效的捕集二氧化碳气体。
为达到上述目的，本发明采用的技术方案是：一种储存和捕集二氧化碳气体的混合物，所述混合物包括水，还包括：3-20%的环戊烷、1-10%的碳纤维、0.3-8%表面活性剂、1-6%的助表面活性剂，所述百分数表示质量分数，以混合物的质量为100%；其中，所述表面活性剂选自：全氟聚醚碳酸铵（PFPE-NH4）、2-乙基己基琥珀酸酯磺酸钠（AOT)、氟碳表面活性剂、聚乙二醇三甲基壬基醚；助表面活性剂选自：乙醇、氟代戊醇、正丁醇、正戊醇或异戊醇；所述氟碳表面活性剂可选自：杜邦公司生产的商品名为Zonyl FS-62的阴离子磺酸型氟碳表面活性剂或杜邦公司生产的商品名为Zonyl FSP的表面活性剂。
上述技术方案中，所述碳纤维为现有技术中的材料，直径1至40微米；在原子层面的碳纤维跟石墨很相近，是由一层层以六角型排列的碳原子所构成，层间连结是不规则的，一般碳纤维的密度为1750 kg/m3。
优选的技术方案中，所述储存和捕集二氧化碳气体的混合物由下述组分构成：质量分数5-10%的环戊烷、质量分数3-5%的碳纤维、质量分数5-6%表面活性剂、质量分数2-4%的助表面活性剂；其中以混合物的质量为100%。
实际应用时，将上述混合物充分混合便可储存和捕集二氧化碳，高效的形成二氧化碳水合物；具体地，二氧化碳水合物可在1-4MPa和0-10℃条件下形成。
因此，本发明同时要求保护上述混合物在1-4MPa、0-10℃下储存和捕集二氧化碳气体，形成二氧化碳水合物的应用。
具体地，应用上述混合物储存和捕集二氧化碳的方法为：在0-10℃下，将1-4MPa的二氧化碳气体通入混合物中至少5分钟以形成二氧化碳水合物。
由于上述技术方案运用，本发明与现有技术相比具有下列优点：
1. 与传统的纯水体系中二氧化碳水合物形成相比，本发明所述混合物通过在相变体系中增加了低压水合介质环戊烷，降低二氧化碳形成水合物所需的压力，利用表面活性剂增溶和乳化作用，增加了水合介质间的接触面，同时利用碳纤维的高导热特性，促进水合物形成过程中传质传递，提高水合物生长速度，降低水合物形成过冷温度和结晶引导时间。
2. 由于本发明所述混合物的使用，在捕集二氧化碳形成二氧化碳水合物的时候，通过强化二氧化碳水合物形成体系的气-液-固相间的传递与扩散，加强相变过程中的热质传递，提高水合物生长的推动力，因此缩短二氧化碳水合物结晶成核时间，提高水合物的生长速度。
具体实施方式
下面结合实施例对本发明作进一步描述：
实施例一：
首先把质量百分比分别为10%、3%和5%的环戊烷、碳纤维、全氟聚醚碳酸铵与水组成混合物，取该种混合物300ml加入到抽真空后的不锈钢反应釜中，反应釜的容积为500ml。开启搅拌装置，充分搅拌。启动制冷装置，使反应釜内的温度控制在3℃。向反应釜注入二氧化碳气体，直至压力达到2.5MPa。水合物形成过程为定容过程，在10分钟内形成水合物，水合物形成结束时，二氧化碳的压降在1-1.3MPa之间（典型的三次实验的压降分别为1.3MPa、1.1MP和1MPa）；在相同的压力、温度条件下的纯水二氧化碳体系水合物的生成时间在1.5小时左右，水合物形成结束时，二氧化碳的最大压降为0.4MPa；因此，本实施例提供的混合物体系中二氧化碳的压力下降幅度比相同压力、温度条件下纯水体系二氧化碳的压力下降幅度增加150%以上，说明本实施例提供的混合物的介质减少了水合物反应时间度，并促进二氧化碳在该体系中的吸收。
实施例二：
首先把质量百分比分别为8%、3%和6%的环戊烷、碳纤维、聚乙二醇-2 ,6 ,8-三甲基-4-壬醚与水组成混合物，取该种混合物300ml加入到抽真空后的不锈钢反应釜中，反应釜的容积为500ml。开启搅拌装置，充分搅拌。启动制冷装置，使反应釜内的温度控制在10℃。向反应釜注入二氧化碳气体，直至压力达到4MPa。水合物形成过程为定容过程，水合物在15分钟内形成。在相同压力和温度条件下，纯水体系二氧化碳不能形成水合物，说明本实施例提供的混合物的介质降低了水合物形成压力，促进二氧化碳在该体系中形成水合物。
实施例三：
首先把质量百分比分别为5%、5%、5%和3%的环戊烷、碳纤维、全氟聚醚碳酸铵、乙醇与水组成混合物，取该种混合物300ml加入到抽真空后的不锈钢反应釜中，反应釜的容积为500ml。开启搅拌装置，充分搅拌。启动制冷装置，使反应釜内的温度控制在2℃。向反应釜注入二氧化碳气体，直至压力达到2MPa。水合物形成过程为定容过程，在15分钟内形成水合物，水合物形成结束时，二氧化碳的压降在0.6-0.8MPa之间（典型的两次实验的压降分别为0.61MPa和0.78MPa）；在相同的压力、温度条件下的纯水二氧化碳体系水合物的生成时间在1.5小时左右，水合物形成结束时，二氧化碳的最大压降为0.2MPa，本实施例提供的混合物体系中二氧化碳的压力下降幅度比相同压力、温度条件下纯水体系二氧化碳的压力下降幅度增加200%以上，说明本实施例提供的混合物的介质减少了水合物反应时间，并促进二氧化碳在该体系中的吸收。

Claims (3)

1.一种储存和捕集二氧化碳气体的混合物，所述混合物包括水，其特征在于，所述混合物还包括：3-20%的环戊烷、1-10%的碳纤维、0.3-8%表面活性剂、1-6%的助表面活性剂，所述百分数表示质量分数，以混合物的质量为100%；其中，所述表面活性剂选自：全氟聚醚碳酸铵、2-乙基己基琥珀酸酯磺酸钠、氟碳表面活性剂、聚乙二醇三甲基壬基醚；助表面活性剂选自：乙醇、氟代戊醇、正丁醇、正戊醇或异戊醇。
2.根据权利要求1所述储存和捕集二氧化碳气体的混合物，其特征在于，所述混合物由下述组分构成：质量分数5-10%的环戊烷、质量分数3-5%的碳纤维、质量分数5-6%表面活性剂、质量分数2-4%的助表面活性剂；其中以混合物的质量为100%。
3.权利要求1或2所述混合物在1-4MPa、0-10℃下储存和捕集二氧化碳气体，形成二氧化碳水合物的应用。
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