[发明专利]气体水合物生成促进剂及其制法和应用

说明书

技术领域

本发明涉及气体水合物生成技术，具体涉及气体水合物生成促进剂及其制备与应用。

背景技术

气体水合物是由气体与水在低温高压条件下生成的一种非化学计量的包络状笼型化合物，气体分子被包裹在水分子形成的笼型晶格中。水合物技术可应用在能源气（天然气、氢气等）储运、小型油气田开发、二氧化碳捕获、海水淡化、污水处理以及混合气分离等研究领域。随着天然气水合物在全球范围内的大量发现，水合物储气技术已成为能源领域和资源领域的一大研究热点，引起了广大学者的浓厚兴趣。

气体水合物具有储气量大、清洁安全、运输方便的特点，但目前其合成技术还不成熟，主要是水合物实际储气速率和储气量均不高。气体水合物的生成是复杂的气-液-固多相传热传质过程，如何高效快速的合成气体水合物成为水合物技术应用的关键。

目前，促进气体水合物快速生成的技术主要有以下几种：冰粉静止接触法、添加表面活性剂法、多孔介质填充法、气泡扰动法和机械搅拌法。（1）冰粉静止接触法是先将水或者含添加剂的水溶液经冷冻、研磨、筛分后制成一定粒径的冰粉，然后在无扰动的情况下，使气体与冰粉接触，可大大增加气体与固体水的接触面积，缩短水合诱导时间，使水合物快速成核、生长。（2）添加表面活性剂法是在水中加入某种表面活性剂，促使水合物在生长过程中形成多孔枝杈状水合物薄膜，增加气-液接触，缩短水合诱导时间，从而加快水合物的生成速率。（3）多孔介质填充法是一种采用多孔介质加速气体水合物生成的技术，将气体通入多孔介质与纯水的混合体系中，增大气-液接触面积，缩短水合诱导时间，快速生成气体水合物。（4）气泡扰动法是使气体通过反应器内的孔板而产生气泡，气泡在水中不断上升、破碎，增大气体在水中的溶解度，缩短水合诱导时间，从而加快水合物成核、生长。（5）机械搅拌法是在反应器内设置一个搅拌器，通过搅拌可加速气体在水中的溶解，促使气体和水充分接触，缩短水合诱导时间，增加水合速率。还有将气泡扰动法和机械搅拌法相结合的方法，是在反应器内同时设置孔板和搅拌器，可进一步增大气体和水的接触面积，加速气体水合物的生成。

上述方法在促进气体水合物生成时，均是通过增加气-水接触面积或增加气体进入液相速率的方式，来缩短水合诱导时间，提高气体水合物生成速率和储气量。但几种方法也存在缺点：①气-水接触面积有限，而且局部接触不均匀，一定程度上影响了气体水合物的生成速率和储气量；②气泡扰动法和机械搅拌法增加了额外的实验设备，操作不便，也造成储气成本的增加；③机械搅拌时产生的热效应，也会不可避免地影响水合条件。

发明内容

本发明目的在于克服现有技术操作不便、储气速率慢、储气成本高的缺点，提出一种快速合成气体水合物的技术——表面活性剂干溶液储气。此干溶液是将一定质量配比的表面活性剂溶液与强疏水性固体粒子在高强度搅拌器中高速剪切分散后形成的一种干的、粉末状的、可流动的混合物。分散后的干溶液不仅本身微滴具有很高的比表面积，增加气-液接触，而且表面活性剂促使水合物在生长过程中形成多孔枝杈状薄膜，进一步增强气体与溶液的接触，缩短水合诱导时间，大大提高静态体系中气体水合物生成速率和储气量，同时造价低、无污染、制备使用方便。

本发明的技术原理：

气体水合物生成促进剂——表面活性剂干溶液（dry solution）是将一定质量配比的表面活性剂溶液与强疏水性固体粒子在高强度搅拌器中高速剪切分散后形成的一种干的、粉末状的、可流动的混合物，其实质是强疏水性粒子均匀的包裹在表面活性剂溶液微滴表面，从而达到将溶液分散成微滴的目的。被疏水性粒子包裹的溶液微滴看上去像固体粉末，而且可以流动，故称为干溶液。

疏水性粒子对表面活性剂溶液的分散效果类似于冰粉，都是将液体高度分散而增加其比表面积，增强液体与气体的接触，提高水合物生成速率。但干溶液又不同于冰粉，干溶液中被包裹的是液态微滴，微滴尺寸在1~20 μm之间，比表面积在0.3~6 m²·g^-1之间，大大增加气-液接触，而且表面活性剂促使水合物在生长过程中形成多孔枝杈状薄膜，又进一步强化气-液接触。表面活性剂干溶液可以常温保存6个月以上。冰粉则是固态水颗粒，颗粒尺寸在几十至几百微米，其比表面积比干溶液的要小一个数量级，而且冰粉的制备过程复杂，同时又要保证其不熔化。干溶液的高比表面积，实现了气-水的充分接触，缩短水合诱导时间，可大大提高静态体系中气体水合物的成核与生长速率。

本发明目的通过以下技术方案来实现。