CN109266414A - 一种制备水合物的方法及油酸钾皂的应用 - Google Patents

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陈俊
王涛
邓斌
陶李明
肖圣雄
李传华
李旭
李家元
蒋建宏
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    • C10—PETROLEUM, GAS OR COKE INDUSTRIES; TECHNICAL GASES CONTAINING CARBON MONOXIDE; FUELS; LUBRICANTS; PEAT
    • C10L—FUELS NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; NATURAL GAS; SYNTHETIC NATURAL GAS OBTAINED BY PROCESSES NOT COVERED BY SUBCLASSES C10G, C10K; LIQUEFIED PETROLEUM GAS; ADDING MATERIALS TO FUELS OR FIRES TO REDUCE SMOKE OR UNDESIRABLE DEPOSITS OR TO FACILITATE SOOT REMOVAL; FIRELIGHTERS
    • C10L3/00—Gaseous fuels; Natural gas; Synthetic natural gas obtained by processes not covered by subclass C10G, C10K; Liquefied petroleum gas
    • C10L3/06—Natural gas; Synthetic natural gas obtained by processes not covered by C10G, C10K3/02 or C10K3/04
    • C10L3/10—Working-up natural gas or synthetic natural gas
    • C10L3/108—Production of gas hydrates

Abstract

本发明提供了一种制备水合物的方法及油酸钾皂的应用。所述方法包括以油酸钾皂为促进剂，以选自气体、液体和固体中的一种或多种的混合、以及液相为原料制备水合物，所述液相为水、或者水和油的两相体系。本发明的促进剂能够有效促进水合物的生成，具有高效、低耗、稳定、经济等特点，提供了一种新的表面活性水合物促进剂。

Description

一种制备水合物的方法及油酸钾皂的应用
技术领域
本发明涉及化工领域，具体的说，本发明涉及一种制备水合物的方法及油酸钾皂的应用。
背景技术
气体水合物是小分子气体和水在低温高压下生成的一种类似于冰或雪状的笼型固体物质，在气体水合物中，水分子之间形成笼，气体分子利用与水分子之间的范德华力填充于笼中，气体分子和水分子之间没有固定的化学计量关系。
气体水合物受关注主要涉及到三个方面，其一，天然气水合物资源量巨大，可作为潜在的非常规能源；其二，天然气水合物形成和聚积容易堵塞管道，如何防止水合物堵塞油气输送管道也是一个重要的研究方向；其三，气体水合物相关的衍生技术涉及的领域也越来越广，主要包括天然气储运、气体混合物分离、海水淡化、污水处理、溶液浓缩、空调蓄冷等。但是水合物生成速率等问题极大程度上限制了气体水合物衍生技术的应用。通过改变反应釜的结构、加入化学添加剂均能强化水合物形成过程。
现已研究出多种不同的水合物促进剂，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。这些促进剂大多为表面活性剂。因此，新型水合物促进剂的开发大多数朝着表面活性物质方向寻找或合成，这也是目前开发新型气体水合物促进剂的一个现状。因此，本发明寻找到一种合适的表面活性剂油酸钾皂用于促进水合物形成过程。
发明内容
本发明的一个目的在于提供一种制备水合物的方法；
本发明的另一目的在于提供油酸钾皂在制备水合物中的应用。
为达上述目的，一方面，本发明提供了一种制备水合物的方法，其中，所述方法包括以油酸钾皂为促进剂，以选自气体、液体和固体中的一种或多种的混合、以及液相为原料制备水合物，所述液相为水、或者水和油的两相体系。
所述油酸钾皂分子式为K[CH3(CH2)7CH＝CH(CH2)7COO]，结构如下所示：
本发明的油酸钾皂可以市售获得，市售任何符合相应标准的油酸钾皂都可用于本发明。
根据本发明一些具体实施方案，其中，当液相为水和油的两相体系时，其中的油相为烃类。
根据本发明一些具体实施方案，其中，所述烃类选自碳原子数为7-30的直链或支链烷烃中的一种或多种的混合。
根据本发明一些具体实施方案，其中，所述烃类选自柴油、汽油、凝析油和原油中的一种或多种的混合。
根据本发明一些具体实施方案，其中，所述烃类选自柴油。
根据本发明一些具体实施方案，其中，所述水选自去离水、蒸馏水、自来水和工业用水中的一种或多种的混合。
根据本发明一些具体实施方案，其中，当所述水合物为气体水合物时，所述气体选自甲烷、乙烷和二氧化碳中的一种或多种的混合；
或者，当所述水合物为液体水合物时，所述液体选自环戊烷和/或四氢呋喃；
或者，当所述水合物为固体水合物时，所述固体为四丁基溴化铵(TBAB)。
根据本发明一些具体实施方案，其中，以油酸钾皂和液相的总质量为100％计，油酸钾皂的质量用量为0.01-5％。
根据本发明一些具体实施方案，其中，所述方法包括以油酸钾皂为促进剂，以选自气体、液体和固体中的一种或多种的混合、以及液相为原料，在温度为-20℃至10℃，压力0.1MPa至100.0MPa条件下制备水合物。
根据本发明一些具体实施方案，其中，温度为-20℃至20℃。
根据本发明一些具体实施方案，其中，压力为0.1MPa至20MPa。
根据本发明一些具体实施方案，其中，所述方法包括将油酸钾皂和液相先配制成油酸钾皂的液相混合液，然后再用于制备水合物。
根据本发明一些具体实施方案，其中，所述油酸钾皂的液相混合液为溶液、悬浊液或乳浊液。
根据本发明一些具体实施方案，其中，所述方法包括将油酸钾皂和液相先配制成油酸钾皂的液相混合液，再将气体、液体和固体中的一种或多种的混合加入到油酸钾皂的液相混合液中，然后制备水合物。
根据本发明一些具体实施方案，其中，所述方法包括将气体、液体和固体中的一种或多种的混合加入到油酸钾皂的液相混合液中后，在转速1000-1200rpm的搅拌条件下制备水合物。
根据本发明一些具体实施方案，其中，所述方法包括将油酸钾皂和液相先配制成油酸钾皂的液相混合液，然后将配制的油酸钾皂的液相混合液加入反应容器中，排出反应容器和管路中的空气，再加入气体、液体和固体中的一种或多种的混合，然后制备水合物。
根据本发明一些具体实施方案，其中，所述方法具体可以包括：
若为水体系，则将上述配制好的溶液注入可视高压反应釜中，将反应釜以及所有联接的管线与接口抽真空，排除反应釜、管线等的空气。设定水浴温度，当釜内温度达到实验温度时，保持釜内温度稳定，并向釜内通入甲烷气体，达到实验压力后停止进气，开启搅拌(1000～1200r/min)，实验数据可通过数据采集系统进行采集，可以结合视窗观察与压力曲线判断水合物生成。
若为水和油多液相体系，刚将配好的的溶液再加一定体积的油一起注入可视高压反应釜中，后面实验步骤与水体系水合物形成过程的操作相同。
另一方面，本发明还提供了油酸钾皂在制备水合物中的应用。
综上所述，本发明提供了一种制备水合物的方法及油酸钾皂的应用。本发明的具有如下优点：
本发明的促进剂能够有效促进水合物的生成，具有高效、低耗、稳定、经济等特点，提供了一种新的表面活性水合物促进剂。
附图说明
图1为本发明实施例所用反应装置的示意图；
其中，各附图标号说明如下：
1,2-温度传感器；3-压力传感器；4-气瓶；5-接电源；6-磁力搅拌；7-水浴；8-水浴进水阀；9-进液阀；10-排气阀；11-水浴出水阀；12-可视窗；13-排液阀；14-进气阀；15-三通接头；16-数据采集系统；
图2为实施例1水合物形成的示意图；
图3为实施例1的温度压力曲线图；
图4为实施例2的温度压力曲线图。
具体实施方式
以下通过具体实施例详细说明本发明的实施过程和产生的有益效果，旨在帮助阅读者更好地理解本发明的实质和特点，不作为对本案可实施范围的限定。
实施例1
利用如图1所示的反应设备，动态时甲烷在主体水体系水合物形成过程实验。实验分为两组，一组是甲烷在不加油酸钾皂的主体水相水合物形成过程，另一组是甲烷在加入一定量油酸钾皂的主体水相水合物形成过程。
不加油酸钾皂的主体水相体积为200ml，将水注入高压反应釜，打开恒温水浴系统，待高压反应釜内达到-1℃，对高压反应釜进行抽真空，通入甲烷气体，实验初始压力为10MPa左右，开启高压反应釜内搅拌器，转速为1000rpm，同时开始计时，通过可视窗观察水合物形成。
配制质量分数为0.5％油酸钾皂水溶液200ml，将配制的油酸钾皂水溶液注入高压反应釜，打开恒温水浴系统，待高压反应釜内达到-1℃，对高压反应釜进行抽真空，通入甲烷气体，实验初始压力为10MPa左右，开启高压反应釜内搅拌器，转速为1000rpm，同时开始计时，通过可视窗观察水合物形成(水合物照片图2所示，根据图2，可清楚看出白色固体状的水合物的形成)。两组实验压力随时间变化曲线如图3所示。由图3可以看出，在相同初始条件下，加入油酸钾皂后，压力下降明显于未加入添加剂的纯水体系，说明了油酸钾皂对水合物的促进作用。
实施例2
利用如图1所示的反应设备，动态时甲烷在加入添加剂的主体水相水合物形成过程。实验分为两组，第一组是甲烷在加入一定量油酸钾皂的主体水相水合物形成过程，第二组是甲烷在加入一定量SDS的主体水相水合物形成过程。
配制质量分数为500ppm油酸钾皂水溶液200ml，将配制的油酸钾皂水溶液注入高压反应釜，打开恒温水浴系统，待高压反应釜内达到-1℃，对高压反应釜进行抽真空，通入甲烷气体，实验压力为6MPa，开启高压反应釜内搅拌器，转速为1000rpm，同时开始计时，通过可视窗观察水合物形成。
配制质量分数为500ppmSDS水溶液200ml，将配制的油酸钾皂水溶液注入高压反应釜，打开恒温水浴系统，待高压反应釜内达到-1℃，对高压反应釜进行抽真空，通入甲烷气体，实验压力为6MPa，开启高压反应釜内搅拌器，转速为1000rpm，同时开始计时，通过可视窗观察水合物形成。
三组实验压力随时间变化曲线如图4所示。由图4明显可以看出，油酸钾皂加入后与SDS加入后水合物形成速率几相差不大，而SDS是一种高效的水合物促进剂，因此，可以证明油酸钾皂是一种非常好的水合物促进剂。

Claims (10)

1.一种制备水合物的方法，其中，所述方法包括以油酸钾皂为促进剂，以选自气体、液体和固体中的一种或多种的混合、以及液相为原料制备水合物，所述液相为水、或者水和油的两相体系。
2.根据权利要求1所述的方法，其中，当液相为水和油的两相体系时，其中的油相为烃类(优选所述烃类选自碳原子数为7-30的直链或支链烷烃中的一种或多种的混合；更优选为选自柴油、汽油、凝析油和原油中的一种或多种的混合)。
3.根据权利要求1所述的方法，其中，当所述水合物为气体水合物时，所述气体选自甲烷、乙烷和二氧化碳中的一种或多种的混合；
或者，当所述水合物为液体水合物时，所述液体选自环戊烷和/或四氢呋喃；
或者，当所述水合物为固体水合物时，所述固体为四丁基溴化铵。
4.根据权利要求1所述的方法，其中，以油酸钾皂和液相的总质量为100％计，油酸钾皂的质量用量为0.01-5％。
5.根据权利要求1所述的方法，其中，所述方法包括以油酸钾皂为促进剂，以选自气体、液体和固体中的一种或多种的混合、以及液相为原料，在温度为-20℃至10℃，压力0.1MPa至100.0MPa(优选为0.1MPa至20MPa)条件下制备水合物。
6.根据权利要求1～5任意一项所述的方法，其中，所述方法包括将油酸钾皂和液相先配制成油酸钾皂的液相混合液(优选所述油酸钾皂的液相混合液为溶液、悬浊液或乳浊液)，然后再用于制备水合物。
7.根据权利要求1～6任意一项所述的方法，其中，所述方法包括将油酸钾皂和液相先配制成油酸钾皂的液相混合液，再将气体、液体和固体中的一种或多种的混合加入到油酸钾皂的液相混合液中，然后制备水合物。
8.根据权利要求7所述的方法，其中，所述方法包括将气体、液体和固体中的一种或多种的混合加入到油酸钾皂的液相混合液中后，在转速1000-1200rpm的搅拌条件下制备水合物。
9.根据权利要求7所述的方法，其中，所述方法包括将油酸钾皂和液相先配制成油酸钾皂的液相混合液，然后将配制的油酸钾皂的液相混合液加入反应容器中，排出反应容器和管路中的空气，再加入气体、液体和固体中的一种或多种的混合，然后制备水合物。
10.油酸钾皂在制备水合物中的应用。
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