[发明专利]高吸水性大分子物质在水合物法分离混合气体中的应用

说明书

技术领域

本发明涉及水合物法分离混合气体技术领域，尤其涉及高吸水性大分子物质在水合物法分离混合气体中的应用。

背景技术

水合物是水和客体分子在一定的压力、温度下形成的非化学计量的笼型物质。甲烷、乙烷、丙烷、氢气、氧气、氮气、二氧化碳、硫化氢等许多气体都能与水形成水合物。气体水合物的研究是目前国内外的热点研究之一。

不同的气体组分生成水合物的压力相差很大，如在0℃时，甲烷水合物生成的压力高达2.56MPa，而丙烷在常压下即可生成水合物，因此通过形成水合物极易造成某些气体组分的分离。

目前常用的混合气的分离方法有吸收法、变压吸附、膜分离和低温精馏等。吸收法分离混合气对吸收剂的选择性要求较高，吸收剂的再生能耗大；变压吸附法分离气体，吸附解吸频繁，自动化要求高，且对气体成分要求较高，材料耗损多；膜分离法虽然分离效率高，但是其膜件损耗大，成本高，对气体成分有严格要求，不适用于大量的混合气的分离；低温精馏气体需低温操作，能耗高，成本高。

与以上几种分离方法相比，水合物分离具有以下优点：

(1)流程简单，设备投资少。水合物分离有单级和多级两种方式，分别如图1和图2所示，气体富集相和贫瘠相由气体水合的难易程度决定，富集相如果为未水合的气体，则将未水合气体进行第二次、第三次水合(如图2a)；富集相如果为水合相，则将水合物分解后的气体进行第二次、第三次水合(如图2b)；

(2)对气体成分纯度要求较低，某些杂质气体还能起到促进水合的作用；

(3)操作条件可以在0℃以上，与低温精馏相比，可以降低能耗；

(4)可以实现大量混合气的分离；

(5)反应物为水、气体和少量添加剂，对环境友好。

很多研究都采用了水合物法这种新型的分离技术，例如二氧化碳的捕获、氢气的提浓等。但是由于水合物的生成速率低，造成水合物的生产规模难以大幅度提高，而且水合物形成条件苛刻，分离效率不高，严重阻碍了水合物技术的应用和推广。

高吸水性大分子物质的种类很多，按其原料来源可分为淀粉系(包括羧甲基化淀粉、磷酸酯化淀粉、淀粉黄原酸盐等)、纤维素系(包括羧甲基化纤维素、羟丙基化纤维素、纤维接枝、黄原酸化纤维素等)、合成聚合物系(包括聚丙烯酸盐类、聚乙烯醇类、聚氧化烷烃类、无机聚合物类等)、蛋白质系(包括大豆蛋白、谷蛋白类等)、其他天然物及其衍生物系(包括果胶、藻酸、壳聚糖等)以及共混物和复合物系，这些高吸水性大分子物质的亲水性基团有羟基、羧基、酰胺基和磺酸基等，具有强吸水性和高保水性，其吸水量为自身质量的几百倍至上千倍，吸水速度快，可在数秒内生成凝胶，并且保水性强，即使在受热、加压条件下也不易失水，对光、热、酸碱的稳定性好，同时具有良好的生物降解性能。

本发明提出了高吸水性大分子物质在水合物法分离气体中的应用，来改善水合物法的缺点和不足，以使水合物法得到广泛应用。

发明内容

本发明的目的在于克服现有技术存在的上述不足，提供高吸水性大分子物质在水合物法分离气体中的应用，来改善水合物法的缺点和不足，以使水合物法得到广泛应用。本发明通过如下技术方案实现：

高吸水性大分子物质在水合物法分离混合气体中的应用，具体是将所述高吸水性大分子物质添加在水合物法所用的水中，高吸水性大分子物质占高吸水性大分子物质和水总质量的0.002％～1％。

上述的高吸水性大分子物质在水合物法分离混合气体中的应用中，所述高吸水性大分子物质具有亲水基团和交联结构，其吸水量为自身质量的100～5000倍。

上述的高吸水性大分子物质在水合物法分离混合气体中的应用中，所述亲水性基团包括羟基、羧基、酰胺基或磺酸基；高吸水性大分子物质的结构单元碳链是C₂或C₃，聚合度为200～2000，相对分子质量为2万～20万。

上述的高吸水性大分子物质在水合物法分离混合气体中的应用中，所述高吸水性大分子物质为交联的丙烯酸钠盐和丙烯酸的共聚物。

上述的高吸水性大分子物质在水合物法分离混合气体中的应用中，高吸水性大分子物质占高吸水性大分子物质和水总质量的0.02％～0.5％。

上述的高吸水性大分子物质在水合物法分离混合气体中的应用中，水合物法中的反应条件为：0℃～10℃，5.0～20.0MPa。