CN102091505B - 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
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,所述混合物包括: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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