[发明专利]一种离子液体气体水合物促进剂

说明书

技术领域

本发明应用于气体水合物生成促进研究及水合物利用技术领域，特指一种加速CO₂气体水合物形成的气体水合物促进剂。

技术背景

气体水合物是气体（N₂、CO₂、CH₄、C₂H₆等）和水在低温高压条件下生成的一种笼形晶体化合物。在气体水合物中，水分子之间由较强的氢键结合形成点阵结构，气体分子利用与水分子之间的范德华力填充于点阵间的笼。随着能源消耗量的不断增大，大量的工业废气被直接排放入大气，其中CO₂是造成温室效应的罪魁祸首，因此，CO₂的捕捉和封存技术显得尤为重要。传统的CO₂回收方法普遍存在设备体积庞大，投资成本较高的缺点。

近年来，水合物法回收、封存CO₂技术得到国内外的广泛关注。与其它CO₂捕集方法相比，水合物法封存CO₂技术具有以下优点：储气量大；生成条件容易实现；可重复利用并且安全可靠。但是由于气体水合物的生成类似于一种缓慢的结晶过程，其中伴随着气液固三相传质传热等复杂过程，研究发现，无添加促进剂条件下，气体水合物的诱导时间很长，且生成速率非常缓慢，反应时间较长，并且由于气-液界面处水合物膜的存在阻碍了气体进入液相，使得反应无法连续进行。因此，为实现气体水合物的快速连续生成，并提高储气密度，必须采用高效的水合物促进剂。

本发明针对以上问题，提出一种含有表面活性基团的离子液体的气体水合物促进剂。该促进剂可以有效地促进气体水合物的生成，降低水合物的相平衡点，缩短诱导时间，提高水合物的反应速率和储气密度。

发明内容

本发明针对现有技术存在的不足，提出一种含表面活性基团的离子液体型水合物促进剂。阴离子为十二烷基苯磺酸根，阳离子为1-(3-磺酸基)丙基-3-甲基咪唑，二者摩尔浓度比为1:1～1:1.5，其分子结构如下：

上述离子液体型气体水合物促进剂的制备方法为：将1-甲基咪唑与1,3-丙烷磺酸内酯反应接入磺酸基团形成内鎓盐，用乙酸乙酯洗涤处理烘干后溶于水，加入十二烷基苯磺酸，经加热、过滤、蒸馏、提纯后得到具有表面活性功能的离子液体。将离子液体溶于水，得到浓度范围为100～1200ppm的水溶液。应用温度为0～10℃，应用压力为0～30Mpa，水合物诱导时间为50～600s，反应时间为60～180min。

本发明的制备装置和反应装置主要包括电子分析天平、界面张力仪、气体水合物高压反应装置等。

反应装置基本构成及参数：主要包括高压磁动力搅拌反应釜、制冷恒温水浴、高压气驱增压装置、光纤实时监控系统、温压控制装置、数据采集器等。高压磁动力搅拌反应釜由钛合金材料制成，设计压力30MPa，设计温度-20～15℃，容积0.5L；制冷恒温水浴是由宁波天恒仪器厂生产的THD-2030型，控温范围为-10～30℃，控温精度为±0.01℃；光纤实时监控系统通过水下高压摄像头实时监视水合物形成过程；测温元件采用Pt100铂电阻，测量范围为-20～30℃，精度为±0.1℃；压力传感器的测量范围为0～10Mpa，精度为±5％。数据采集器可将釜内的温度与压力转化为电子信号再其传输给水合物模拟转换器,连接到计算机用于记录和分析数据。

本发明离子液体型气体水合物剂影响气体水合物生成过程和水合物储气量的具体操作步骤如下：

（1）用抽真空系统抽除反应釜与管路中的气体，抽真空时间30～60min，利用高压反应釜中的负压将配制好的一定浓度的CO₂水合物促进剂稀溶液吸入高压反应釜中。

（2）打开恒温水浴系统，控制水浴温度，用增压泵和空压机向反应釜内通入CO₂气体，达到特定压力后停止进气，待高压反应釜内温度下降至设定温度时，开启釜内磁力搅拌器（400～600转/分钟），使CO₂水合物快速生成，在水合物生成过程中，通过玻璃视镜确定CO₂水合物生成晶核所需的时间以及水合物完全生成时的时间。