本發(fā)明涉及氣體水合物工業(yè)生產(chǎn)與利用技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種水合物促進劑及其制備方法。
背景技術(shù)：
氣體水合物是客體分子在一定溫度和壓力下與水作用形成的一種類似于冰的非化學(xué)計量的籠形晶體化合物。目前，氣體水合物結(jié)構(gòu)主要有Ⅰ型、II型和H型3種。天然氣水合物是目前研究較為多的一種；根據(jù)最新的研究成果，隱藏在天然氣水合物中的碳儲量相當可觀，其數(shù)量是目前已經(jīng)勘探出的所有化石燃料中碳儲量的兩倍之多，而且天然氣水合物具有很強的氣體儲存能力，1m3的天然氣水合物一般可儲存164m3天然氣。近年來，氣體水合物技術(shù)涉及的領(lǐng)域越來越廣，主要包括天然氣儲運、天然氣水合物汽車、氣體分離、海水淡化、污水處理、溶液濃縮、空調(diào)蓄冷等。隨著水合物應(yīng)用技術(shù)研究的發(fā)展和自然界中大量天然氣水合物資源的被發(fā)現(xiàn)，氣體水合物的研究領(lǐng)域延伸到能源、化工、環(huán)保和地質(zhì)等學(xué)科。
然而，水合物生成條件苛刻、誘導(dǎo)時間長、形成速率緩慢、含氣率低等缺點極大地限制了技術(shù)的推廣。例如甲烷在靜止純水體系中壓力為5.6MPa，溫度為4.3℃時，形成水合物的誘導(dǎo)時間在28小時以上，水合物晶體的生長速度慢，直接影響水合物利用技術(shù)的推廣。為解決這些問題，國內(nèi)外學(xué)者對此進行了大量研究，提出各種方法以促進水合物快速生成(饒永超等，油氣儲運，2012，31(10)：725-732)，例如為增大氣液接觸而積和提高反應(yīng)生成熱的傳遞速率而使用的包括攪拌、噴霧、鼓泡和外場等一系列強化方法。上述物理方法確實可以提高水合物生長速度，促進水合物生成，但是其共同存在的問題就是會使能量消耗增大、投資運行費用也增大。隨后又有學(xué)者利用化學(xué)方法促進水合物生成，化學(xué)方法是通過在水中加入適當?shù)幕瘜W(xué)添加劑來降低氣液表而張力、增加氣體在液相中的溶解度，從微觀層而上強化氣液接觸、促進水合物的生成，國內(nèi)外研究較多的是在水中添加陰離子表面活性劑，如十二烷基硫酸鈉、四氫呋喃等，現(xiàn)已研究出多種不同的促進劑，通過在水合物形成體系中添加一些添加劑能使水合物生成速度加快。
但是，總體上來說現(xiàn)有的這些促進劑最大的問題就是不降解，如果直接排放到循環(huán)水體或者進入土壤，容易對環(huán)境造成不同程度的損害，阻礙水合物工業(yè)化的實現(xiàn)；而且重復(fù)利用率低，對水合物生成的促進效率仍然不夠高，代價大，經(jīng)濟性差。因此，尋找新型高效的可促進劑是氣體水合物技術(shù)得以在以上領(lǐng)域成功應(yīng)用的關(guān)鍵。
技術(shù)實現(xiàn)要素：
本發(fā)明的目的是針對現(xiàn)有氣體水合物生成強化技術(shù)的不足而提供一種高效、節(jié)能、低成本、環(huán)保型的水合物促進劑。
為達到上述目的，本發(fā)明采用如下技術(shù)方案：
一種氣體水合物高效促進劑，其特征在于：所述促進劑由磷脂酰乙醇胺、己聚糖和去離子水組成；；以混合水溶液總量計算，磷脂酰乙醇胺的質(zhì)量濃度為7％～11％，己聚糖的質(zhì)量濃度為12％～15％，其余為去離子水；所選用促進劑中磷脂酰乙醇胺和己聚糖均為可降解的生物表面活性劑，無污染，無毒害，高效環(huán)保。
本發(fā)明采用的制備裝置由儲氣瓶；壓力表；氣體增壓泵；空壓機；針閥；抽水泵；真空泵；反應(yīng)溶液；恒溫水浴；循環(huán)槽；磁力攪拌裝置；高壓反應(yīng)釜；計算機；排氣口；玻璃視鏡；水浴攪拌；釜內(nèi)磁攪拌子；截止閥和溫度變送器組成。以儲氣瓶作為氣源，經(jīng)氣體增壓泵調(diào)到適當壓力，由壓力表以及溫度變送器監(jiān)測高壓反應(yīng)釜內(nèi)的溫度和壓力；由恒溫水浴來控制循環(huán)槽中液體溫度，從而調(diào)節(jié)高壓反應(yīng)釜內(nèi)的溫度。由數(shù)據(jù)采集計算機采集數(shù)據(jù)并通過玻璃視鏡監(jiān)測高壓反應(yīng)釜內(nèi)水合物形成狀況；真空泵用來抽吸反應(yīng)器內(nèi)液體。
本發(fā)明所述新型氣體水合物促進劑使用范圍廣泛，沒有嚴格的使用條件要求，一般在系統(tǒng)工作壓力為0～25MPa，溫度為0℃～25℃的范圍內(nèi)均可使用。
所述新型氣體水合物促進劑的制備方法，包括以下步驟：
1)配制水溶液：分別稱取磷脂酰乙醇胺、己聚糖與去離子水，按照質(zhì)量百分含量計算，配成磷脂酰乙醇胺濃度為7％～11％和己聚糖濃度為12％～15％的混合水溶液。
2)將上述配制好的混合水溶液在攪拌釜內(nèi)，將溫度設(shè)定在30℃～40℃范圍內(nèi)，攪拌40～45分鐘，得到水合物促進劑。
所述新型氣體水合物促進劑在使用時，將上述制備好的水合物生成促進劑加入自來水中，配成300～800ppm的促進劑水溶液后使用。
具體是：
1)將促進劑水溶液注水合物生成入高壓反應(yīng)釜內(nèi)，打開截止閥，把高壓實驗氣體充入高壓反應(yīng)釜，通過氣體增壓泵使得水合物生成反應(yīng)系統(tǒng)壓力維持在實驗所需的壓力0～25MPa。
2)設(shè)定實驗溫度0℃～25℃，啟動實驗裝置的溫度控制系統(tǒng)，利用恒溫水浴對高壓反應(yīng)釜進行冷卻，直到反應(yīng)釜中的溫度達到設(shè)定溫度。
3)進行氣體水合物生成實驗。在實驗過程中，蒸餾水用不銹鋼電熱蒸餾水器自制，通過精度為0.1g的BS200S型分析天平稱取；各種藥品用精度為0.05mg的電光分析天平稱取。通過計算機可以實時采集水合物生成實驗數(shù)據(jù)和圖像。
本發(fā)明的顯著優(yōu)點在以下幾個方面：
(1)可降解，環(huán)保無污染，真正實現(xiàn)工業(yè)綠色化。本發(fā)明所述促進劑無毒害。無污染，可直接排放，能夠很快被生物分解，不造成任何環(huán)境破壞；且原料來源豐富，易提取，真正實現(xiàn)了“綠色工業(yè)”的理念；為水合物儲運技術(shù)工業(yè)化實現(xiàn)提供強大基礎(chǔ)保障。
(2)成本低，經(jīng)濟好，使用安全，應(yīng)用廣泛。本發(fā)明所述促進劑用量少，且原料可從自然界生物、植物中提取，降低成本?？纱龠M氣體水合物高效生成，降低平衡點，可應(yīng)用于氣體水合物儲運技術(shù)、氣體水合物分離技術(shù)和海水淡化等領(lǐng)域。
(3)水合物生成促進效果好。在0℃～25℃范圍內(nèi)，可降低水合物生成壓力40～55％，縮短生成時間60～70％。
附圖說明
圖1水合物生成實驗裝置流程圖。
1儲氣瓶；2壓力表；3氣體增壓泵；4空壓機；5針閥；6抽水泵；7真空泵；8反應(yīng)溶液；9恒溫水?。?0循環(huán)槽；11磁力攪拌裝置；12高壓反應(yīng)釜；13計算機；14排氣口；15玻璃視鏡；16水浴攪拌；17釜內(nèi)磁攪拌子；18截止閥；19溫度變送器。
具體實施方式
下面結(jié)合附圖和具體實施方式對本發(fā)明的內(nèi)容做進一步詳細的說明，但本發(fā)明的實施方式并不僅限于此。
本發(fā)明采用的實驗裝置如圖1所示，由儲氣瓶1；壓力表2；氣體增壓泵3；空壓機4；針閥5；抽水泵6；真空泵7；反應(yīng)溶液8；恒溫水浴9；循環(huán)槽10；磁力攪拌裝置11；高壓反應(yīng)釜12；計算機13；排氣口14；玻璃視鏡15；水浴攪拌16；釜內(nèi)磁攪拌子17；截止閥18和溫度變送器19組成。以儲氣瓶1作為氣源，經(jīng)氣體增壓泵3調(diào)到適當壓力。由壓力表2以及溫度變送器監(jiān)測高壓反應(yīng)釜12內(nèi)的溫度和壓力；由恒溫水浴9來控制循環(huán)槽10中液體溫度，從而調(diào)節(jié)高壓反應(yīng)釜12內(nèi)的溫度。由數(shù)據(jù)采集計算機13采集數(shù)據(jù)并通過玻璃視鏡15監(jiān)測高壓反應(yīng)釜12內(nèi)水合物形成狀況；真空泵7用來抽吸反應(yīng)器內(nèi)液體。
具體過程為：
1)為徹底排除高壓反應(yīng)釜12和管路系統(tǒng)中的空氣，用實驗氣體對他們置換兩次，然后再抽真空。
2)用真空泵7將高壓反應(yīng)釜12、管路系統(tǒng)抽真空，抽真空時間40～50min。
3)分別稱取磷脂酰乙醇胺、己聚糖與去離子水，按照質(zhì)量百分含量計算，配成磷脂酰乙醇胺濃度為7％～11％和己聚糖濃度為12％～15％的混合水溶液，在攪拌釜內(nèi)將溫度設(shè)定在30℃～40℃范圍內(nèi)攪拌40～45分鐘，便得到水合物促進劑。
4)將制備好的水合物生成促進劑加入自來水中，配成300～800ppm的促進劑水溶液注入水合物高壓反應(yīng)釜12中。
5)打開截止閥18，把高壓實驗氣體充入高壓反應(yīng)釜12，通過截止閥2將反應(yīng)系統(tǒng)壓力維持在實驗所需的壓力0～25MPa。
6)設(shè)定實驗溫度0℃～25℃，啟動實驗裝置的溫度控制系統(tǒng)。利用恒溫水浴9對高壓反應(yīng)釜12進行冷卻，直到高壓反應(yīng)釜12中的溫度達到設(shè)定溫度。
7)進行氣體水合物形成實驗。
實施例1：
選用的表面活性劑配比為7％磷脂酰乙醇胺+12％己聚糖，實驗氣體為CO2，水溶液中促進劑濃度為300～800ppm，溫度為280K，用上述方法進行實驗，實驗數(shù)據(jù)如表1所示。
表1實驗結(jié)果
實施例2：
選用的表面活性劑配比為9％磷脂酰乙醇胺+13％己聚糖，實驗氣體為CO2，水溶液中促進劑濃度為300～800ppm，溫度為280K，用上述方法進行實驗，實驗數(shù)據(jù)如表2所示。
表2實驗結(jié)果
實施例3：
選用的表面活性劑配比為11％磷脂酰乙醇胺+15％己聚糖，實驗氣體為CO2，水溶液中促進劑濃度為300～800ppm，溫度為280K，用上述方法進行實驗，實驗數(shù)據(jù)如表2所示。
表3實驗結(jié)果