[发明专利]含有纳米颗粒的水合物促进剂组合物及其应用以及水合物的制备方法

说明书

本发明涉及天然气安全储运技术领域，具体地涉及一种水合物促进剂组合物，尤其涉及一种含有纳米颗粒的水合物促进剂组合物其应用和使用该水合物促进剂组合物制备水合物的方法。该含有纳米流体的水合物促进剂组合物含有纳米颗粒、表面活性剂和稳定剂，且所述表面活性剂至少包括氨基酸类两性表面活性剂和咪唑啉型表面活性剂。该含有纳米颗粒的水合物促进剂组合物具有缩短水合物生成诱导时间、增加气体溶解度、提高水合物生成能力的优点。

技术领域

本发明涉及天然气安全储运技术领域，具体地涉及一种水合物促进剂，尤其涉及一种含有纳米颗粒的水合物促进剂组合物及应用以及使用该水合物促进剂组合物制备水合物的方法。

背景技术

天然气水合物是由气体小分子与水分子在低温高压条件下形成的非化学计量性晶体笼状物，理论上1m³水合物能储存150～180m³的甲烷气体。与常规储气方式，比如CNG(压缩天然气)、LNG(液化天然气)等相比，天然气水合物制备条件温和，储气量大，且对气质要求低，H₂S、CO₂等杂质气体的存在不影响水合物的形成与分解，因此固态水合物法储运天然气技术具有良好的应用前景。特别是在偏远气井或海上钻井的开发中，采用铺设输气管道的方式会存在经济成本高、维护难度大、易引起次生灾害等缺点，水合物法则显示出无可比拟的优势。但是单纯的气体水合物形成速率较慢、储气量较小，不利于大规模工业化应用，因此如何快速有效地生成水合物是此项技术在大规模工业化应用中急需解决的问题。

水合物的生成过程是一个传质传热控制的过程，因此，目前研究者通常采用以下几种方式进行强化生成：(1)机械强化法：通常采用机械搅拌、气体鼓泡及喷雾等方法进行强化气液接触，但存在能耗高、投资成本大、运行维护费用高等问题，在大规模工业化应用中受限；(2)化学强化法：通过添加表面活性剂来降低气液界面张力，使得气体分子在液相中的溶解度增大，从而提高气液传质速率，进而提高水合物生成速率。但是，总体而言这些表面活性剂对水合物的生成促进作用有限，仍然不足以在大规模工业化中应用。因此，急需开发出性能优良的化学促进剂来促进水合物法储运天然气技术的快速发展。

纳米流体是20世纪末提出的一种高传热传质工质，是纳米粉末稳定悬浮在水中形成的多相系统，具有良好的传热、传质特性。常温下固体材料比流体的导热系数大2～3个数量级，在反应釜内添加纳米粒子，能显著增大混合液的导热系数，增加气液接触面积，提供更多反应活性位，促进水合物成核和生长，从而缩短水合物的生成过程。因此，在水合物生成过程中添加纳米流体成为近年来研究的热点。

CN103962078A公开了一种可强化气体水合物生成的促进剂，该促进剂采用纳米活性炭与烷基二苯醚二磺酸盐复配得到，但该促进剂在使用过程中存在容易发生聚积沉降，导致水合物促进效率降低的问题。

CN104437290A公开了一种复配型气体水合物生成促进剂，该促进剂由纳米石墨烯颗粒和双子型表面活性剂溶于水制成，但该类型的水合物生成促进剂限于使用石墨烯作为原料，因此目前还难以进行大规模的工业化生产。

发明内容

本发明的目的是为了克服现有水合物生成促进剂中存在的促进成核和生长速率有限、储气密度小等问题，提供一种含有纳米颗粒的水合物促进剂组合物，该含有纳米颗粒的水合物促进剂组合物具有缩短水合物生成诱导时间、增加气体溶解度、提高水合物生成能力的优点。

为了实现上述目的，本发明一方面提供一种含有纳米颗粒的水合物促进剂组合物，该水合物促进剂组合物含有纳米颗粒、表面活性剂和稳定剂，所述表面活性剂至少包括氨基酸类两性表面活性剂和咪唑啉型表面活性剂。