CN106479434B - 一种气体水合物促进剂及其制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及气体水合物工业生产与利用技术领域，具体涉及一种水合物促进剂及其制备方法。分别称取磷脂酰乙醇胺、己聚糖与蒸馏水，按照质量百分含量计算，配成磷脂酰乙醇胺浓度为7％～11％和己聚糖浓度为12％～15％的混合水溶液；将上述配制好的混合水溶液在搅拌釜内，将温度设定在30℃～40℃范围内，搅拌40～45分钟，便得到新型水合物促进剂。
Description
技术领域
本发明涉及气体水合物工业生产与利用技术领域，具体涉及一种水合物促进剂及其制备方法。
背景技术
气体水合物是客体分子在一定温度和压力下与水作用形成的一种类似于冰的非化学计量的笼形晶体化合物。目前，气体水合物结构主要有Ⅰ型、II型和H型3种。天然气水合物是目前研究较为多的一种；根据最新的研究成果，隐藏在天然气水合物中的碳储量相当可观，其数量是目前已经勘探出的所有化石燃料中碳储量的两倍之多，而且天然气水合物具有很强的气体储存能力，1m3的天然气水合物一般可储存164m3天然气。近年来，气体水合物技术涉及的领域越来越广，主要包括天然气储运、天然气水合物汽车、气体分离、海水淡化、污水处理、溶液浓缩、空调蓄冷等。随着水合物应用技术研究的发展和自然界中大量天然气水合物资源的被发现，气体水合物的研究领域延伸到能源、化工、环保和地质等学科。
然而，水合物生成条件苛刻、诱导时间长、形成速率缓慢、含气率低等缺点极大地限制了技术的推广。例如甲烷在静止纯水体系中压力为5.6MPa，温度为4.3℃时，形成水合物的诱导时间在28小时以上，水合物晶体的生长速度慢，直接影响水合物利用技术的推广。为解决这些问题，国内外学者对此进行了大量研究，提出各种方法以促进水合物快速生成(饶永超等，油气储运，2012，31(10)：725-732)，例如为增大气液接触而积和提高反应生成热的传递速率而使用的包括搅拌、喷雾、鼓泡和外场等一系列强化方法。上述物理方法确实可以提高水合物生长速度，促进水合物生成，但是其共同存在的问题就是会使能量消耗增大、投资运行费用也增大。随后又有学者利用化学方法促进水合物生成，化学方法是通过在水中加入适当的化学添加剂来降低气液表而张力、增加气体在液相中的溶解度，从微观层而上强化气液接触、促进水合物的生成，国内外研究较多的是在水中添加阴离子表面活性剂，如十二烷基硫酸钠、四氢呋喃等，现已研究出多种不同的促进剂，通过在水合物形成体系中添加一些添加剂能使水合物生成速度加快。
但是，总体上来说现有的这些促进剂最大的问题就是不降解，如果直接排放到循环水体或者进入土壤，容易对环境造成不同程度的损害，阻碍水合物工业化的实现；而且重复利用率低，对水合物生成的促进效率仍然不够高，代价大，经济性差。因此，寻找新型高效的可促进剂是气体水合物技术得以在以上领域成功应用的关键。
发明内容
本发明的目的是针对现有气体水合物生成强化技术的不足而提供一种高效、节能、低成本、环保型的水合物促进剂。
为达到上述目的，本发明采用如下技术方案：
一种气体水合物高效促进剂，其特征在于：所述促进剂由磷脂酰乙醇胺、己聚糖和去离子水组成；；以混合水溶液总量计算，磷脂酰乙醇胺的质量浓度为7％～11％，己聚糖的质量浓度为12％～15％，其余为去离子水；所选用促进剂中磷脂酰乙醇胺和己聚糖均为可降解的生物表面活性剂，无污染，无毒害，高效环保。
本发明采用的制备装置由储气瓶；压力表；气体增压泵；空压机；针阀；抽水泵；真空泵；反应溶液；恒温水浴；循环槽；磁力搅拌装置；高压反应釜；计算机；排气口；玻璃视镜；水浴搅拌；釜内磁搅拌子；截止阀和温度变送器组成。以储气瓶作为气源，经气体增压泵调到适当压力，由压力表以及温度变送器监测高压反应釜内的温度和压力；由恒温水浴来控制循环槽中液体温度，从而调节高压反应釜内的温度。由数据采集计算机采集数据并通过玻璃视镜监测高压反应釜内水合物形成状况；真空泵用来抽吸反应器内液体。
本发明所述新型气体水合物促进剂使用范围广泛，没有严格的使用条件要求，一般在系统工作压力为0～25MPa，温度为0℃～25℃的范围内均可使用。
所述新型气体水合物促进剂的制备方法，包括以下步骤：
1)配制水溶液：分别称取磷脂酰乙醇胺、己聚糖与去离子水，按照质量百分含量计算，配成磷脂酰乙醇胺浓度为7％～11％和己聚糖浓度为12％～15％的混合水溶液。
2)将上述配制好的混合水溶液在搅拌釜内，将温度设定在30℃～40℃范围内，搅拌40～45分钟，得到水合物促进剂。
所述新型气体水合物促进剂在使用时，将上述制备好的水合物生成促进剂加入自来水中，配成300～800ppm的促进剂水溶液后使用。
具体是：
1)将促进剂水溶液注水合物生成入高压反应釜内，打开截止阀，把高压实验气体充入高压反应釜，通过气体增压泵使得水合物生成反应系统压力维持在实验所需的压力0～25MPa。
2)设定实验温度0℃～25℃，启动实验装置的温度控制系统，利用恒温水浴对高压反应釜进行冷却，直到反应釜中的温度达到设定温度。
3)进行气体水合物生成实验。在实验过程中，蒸馏水用不锈钢电热蒸馏水器自制，通过精度为0.1g的BS200S型分析天平称取；各种药品用精度为0.05mg的电光分析天平称取。通过计算机可以实时采集水合物生成实验数据和图像。
本发明的显著优点在以下几个方面：
(1)可降解，环保无污染，真正实现工业绿色化。本发明所述促进剂无毒害。无污染，可直接排放，能够很快被生物分解，不造成任何环境破坏；且原料来源丰富，易提取，真正实现了“绿色工业”的理念；为水合物储运技术工业化实现提供强大基础保障。
(2)成本低，经济好，使用安全，应用广泛。本发明所述促进剂用量少，且原料可从自然界生物、植物中提取，降低成本。可促进气体水合物高效生成，降低平衡点，可应用于气体水合物储运技术、气体水合物分离技术和海水淡化等领域。
(3)水合物生成促进效果好。在0℃～25℃范围内，可降低水合物生成压力40～55％，缩短生成时间60～70％。
附图说明
图1水合物生成实验装置流程图。
1储气瓶；2压力表；3气体增压泵；4空压机；5针阀；6抽水泵；7真空泵；8反应溶液；9恒温水浴；10循环槽；11磁力搅拌装置；12高压反应釜；13计算机；14排气口；15玻璃视镜；16水浴搅拌；17釜内磁搅拌子；18截止阀；19温度变送器。
具体实施方式
下面结合附图和具体实施方式对本发明的内容做进一步详细的说明，但本发明的实施方式并不仅限于此。
本发明采用的实验装置如图1所示，由储气瓶1；压力表2；气体增压泵3；空压机4；针阀5；抽水泵6；真空泵7；反应溶液8；恒温水浴9；循环槽10；磁力搅拌装置11；高压反应釜12；计算机13；排气口14；玻璃视镜15；水浴搅拌16；釜内磁搅拌子17；截止阀18和温度变送器19组成。以储气瓶1作为气源，经气体增压泵3调到适当压力。由压力表2以及温度变送器监测高压反应釜12内的温度和压力；由恒温水浴9来控制循环槽10中液体温度，从而调节高压反应釜12内的温度。由数据采集计算机13采集数据并通过玻璃视镜15监测高压反应釜12内水合物形成状况；真空泵7用来抽吸反应器内液体。
具体过程为：
1)为彻底排除高压反应釜12和管路系统中的空气，用实验气体对他们置换两次，然后再抽真空。
2)用真空泵7将高压反应釜12、管路系统抽真空，抽真空时间40～50min。
3)分别称取磷脂酰乙醇胺、己聚糖与去离子水，按照质量百分含量计算，配成磷脂酰乙醇胺浓度为7％～11％和己聚糖浓度为12％～15％的混合水溶液，在搅拌釜内将温度设定在30℃～40℃范围内搅拌40～45分钟，便得到水合物促进剂。
4)将制备好的水合物生成促进剂加入自来水中，配成300～800ppm的促进剂水溶液注入水合物高压反应釜12中。
5)打开截止阀18，把高压实验气体充入高压反应釜12，通过截止阀2将反应系统压力维持在实验所需的压力0～25MPa。
6)设定实验温度0℃～25℃，启动实验装置的温度控制系统。利用恒温水浴9对高压反应釜12进行冷却，直到高压反应釜12中的温度达到设定温度。
7)进行气体水合物形成实验。
实施例1：
选用的表面活性剂配比为7％磷脂酰乙醇胺+12％己聚糖，实验气体为CO2，水溶液中促进剂浓度为300～800ppm，温度为280K，用上述方法进行实验，实验数据如表1所示。
表1实验结果
实施例2：
选用的表面活性剂配比为9％磷脂酰乙醇胺+13％己聚糖，实验气体为CO2，水溶液中促进剂浓度为300～800ppm，温度为280K，用上述方法进行实验，实验数据如表2所示。
表2实验结果
实施例3：
选用的表面活性剂配比为11％磷脂酰乙醇胺+15％己聚糖，实验气体为CO2，水溶液中促进剂浓度为300～800ppm，温度为280K，用上述方法进行实验，实验数据如表2所示。
表3实验结果
Claims (4)
1.一种气体水合物促进剂，其特征在于：所述促进剂由磷脂酰乙醇胺、己聚糖和去离子水组成；以混合水溶液总量计算，磷脂酰乙醇胺的质量浓度为7％～11％，己聚糖的质量浓度为12％～15％，其余为去离子水。
2.如权利要求1所述的一种气体水合物促进剂，其特征在于：所述促进剂在系统工作压力为0～25MPa，温度为0℃～25℃的范围内均可使用。
3.如权利要求1所述的一种气体水合物促进剂，其特征在于：所述气体水合物促进剂在使用时，将其加入自来水中，配成300～800ppm的促进剂水溶液后使用。
4.如权利要求1所述的一种气体水合物促进剂的制备方法，其特征在于：
1)配制水溶液：分别称取磷脂酰乙醇胺、己聚糖与去离子水，按照质量百分含量计算，配成磷脂酰乙醇胺浓度为7％～11％和己聚糖浓度为12％～15％的混合水溶液；
2)将上述配制好的混合水溶液在搅拌釜内，将温度设定在30℃～40℃范围内，搅拌40～45分钟，得到水合物促进剂。
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Granted publication date: 20180814 |
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