一种复合型气体水合物促进剂及其制备方法与流程

本发明涉及天然气水合物工业生产与利用技术领域，特制一种能够强化天然气水合物形成的复合型促进剂及其制备方法，也可用于其他水合物的生成促进。

背景技术：

气体水合物是客体分子在一定温度和压力下与水作用形成的一种类似于冰的非化学计量的笼形晶体化合物。目前，气体水合物结构主要有Ⅰ型、II型和H型3种。天然气水合物是目前研究较为多的一种。根据最新的研究成果，隐藏在天然气水合物中的碳储量相当可观，其数量是目前已经勘探出的所有化石燃料中碳储量的两倍之多；而且天然气水合物具有很强的气体储存能力，1m³的天然气水合物一般可储存164m³天然气。另外，随着能源短缺和环境问题的日益突显，节能减排己成为全球范围内的热点问题。CO₂的大量排放，加剧了温室效应，进而加速气候变暖。而水合物法吸收CO₂因其具有能耗低、绿色环保等优势而备受关注。总之，气体水合物不仅是未来重要的能源供给通道之一，同时也在天然气储运、天然气水合物汽车、气体分离、海水淡化、污水处理、溶液浓缩、空调蓄冷等气体水合物利用技术方面具有广阔的发展前景。但是气体水合物利用技术遇到如水合物生成速率慢，储气密度低等一些技术难题，要实现气体水合物相关技术工业化应用的需要，首先应降低气体水合物的生成条件、提高生成速率和储气量。因此，开发高效的水合物促进剂是目前的研究重点，也是实现水合物工业化应用的有效途径。本发明针对以上问题，提出一种高效的复合型气体水合物促进剂。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。

技术实现要素：

本发明针对现有的气体水合物生成强化技术不足的技术难题，提出一种高效的复合型气体水合物促进剂用来强化气体水合物生成。

为达到上述目的，本发明采用如下技术方案：

一种复合型气体水合物高效促进剂，由作为添加剂的十二烷基羟丙基磷酸酯甜菜碱与作为表面活性剂的烷基磷酸酯盐和十八酰胺丙基氧化胺混合而成，以混合水溶液总量计算，十二烷基羟丙基磷酸酯甜菜碱所占的质量百分含量为1～2.5％；表面活性剂烷基磷酸酯盐所占的质量百分含量为1～3.5％；表面活性剂十八酰胺丙基氧化胺所占的质量百分含量为2.5～4％；其余为去离子水。

本发明采用的制备装置包括高压气瓶、调压阀、质量流量计、控制阀、真空泵、压力、温度变送器、恒温水浴、水槽、反应器、数据采集系统和计算机；由高压气瓶作为气源，经调压阀调到适当压力，用质量流量计计量消耗天然气；由压力、温度变送器监测反应器内的温度和压力，由恒温水浴来控制水槽中液体温度，从而调节反应器内温度；由数据采集系统和计算机采集数据并通过光电镜头监测反应器内水合物形成状况。

本发明所述复合气体水合物促进剂使用范围广泛，没有严格的使用条件要求，一般在系统工作压力为0～20MPa，温度为0℃～25℃的范围内均可使用。

所述复合型气体水合物促进剂的制备方法，包括以下步骤：

1)配制水溶液：分别称取十二烷基羟丙基磷酸酯甜菜碱、烷基磷酸酯盐和十八酰胺丙基氧化胺与去离子水配成按质量百分含量计算，十二烷基羟丙基磷酸酯甜菜碱浓度为1％～2.5％、烷基磷酸酯盐浓度为1％～3.5％和十八酰胺丙基氧化胺浓度为2.5％～4％的混合水溶液。

2)将上述配制好的水溶液在搅拌釜内将温度设定在60℃～75℃范围内，搅拌35～50分钟，得到复合型气体水合物促进剂。

所述复合型气体水合物促进剂在使用时，将上述制备好的水合物生成促进剂加入自来水中，配成500～900ppm的促进剂水溶液后使用。

具体是：

1)将配制好的促进剂水溶液注入水合物生成反应釜内，打开单向阀，把高压实验气体充入反应釜，通过调压阀将水合物生成反应系统压力维持在实验所需的压力0～20Mpa。

2)设定实验温度0℃～25℃，启动实验装置的温度控制系统，利用恒温水浴对反应釜进行冷却，直到反应釜中的温度达到设定温度。

3)进行气体水合物生成实验：在实验过程中，去离子水用不锈钢电热去离子水器自制，通过精度为0.1g的BS200S型分析天平称取；各种药品用精度为0.05mg的电光分析天平称取，通过计算机可以实时采集水合物生成实验数据和图像。

本发明的显著优点在以下几个方面：

(1)水合物生成促进效果好。在0℃～25℃范围内，可降低水合物生成压力30～45％，缩短生成时间50～65％。

(2)成本低，经济好，使用安全，应用广泛。本发明所述促进剂用量少，且原料可从自然界生物、植物中提取，降低成本。可促进气体水合物高效生成，降低平衡点，可应用于气体水合物储运技术、气体水合物分离技术和海水淡化等领域。

(3)本发明制备的水合物生成促进剂制作方法简单，促进效果好；促进剂有效地强化了水合物生成，只需少量便可大幅降低气体水合物生成条件与生成时间，从而有效降低能量消耗，节约能源和成本。

附图说明

图1水合物生成实验装置流程图。

1高压气瓶；2调压阀；3质量流量计；4单向阀；5闸阀；6真空泵；7压力、温度变送器；8恒温水浴；9水槽；10反应器；11数据采集系统；12计算机；13光电镜头。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施方式对本发明的内容做进一步详细的说明，但本发明的实施方式并不仅限于此。

本发明采用的实验装置如图1所示，由高压气瓶1；调压阀2；质量流量计3；单向阀4；闸阀5；真空泵6；压力、温度变送器7；恒温水浴8；水槽9；反应器10；数据采集系统11和计算机12组成。以高压气瓶1作为气源，经调压阀2调到适当压力，用质量流量计3计量消耗天然气；由压力、温度变送器7监测反应器10内的温度和压力；由恒温水浴8来控制水槽9中液体温度，从而调节反应器10内的温度；由数据采集系统11和计算机12采集数据并通过光电镜头13监测反应器10内水合物形成状况，真空泵6用来抽吸反应器内10液体，该系统工作压力为0～20MPa，温度范围为0℃～25℃。

具体过程：

1)为彻底排除反应器10和管路系统中的空气，用实验气体对他们置换两次，然后再抽真空。

2)抽真空时，用真空泵6将反应器10、管路系统抽真空，抽真空时间40～50min。

3)分别称取十二烷基羟丙基磷酸酯甜菜碱、烷基磷酸酯盐和十八酰胺丙基氧化胺与去离子水配成按质量百分含量计算，十二烷基羟丙基磷酸酯甜菜碱浓度为1％～2.5％、烷基磷酸酯盐浓度为1％～3.5％和十八酰胺丙基氧化胺浓度为2.5％～4％的混合水溶液，在搅拌釜内将温度设定在60℃～75℃范围内搅拌35～50分钟，得到复合型水合物促进剂。

4)将制备好的水合物促进剂加入自来水中，配成500～900ppm的促进剂水溶液注入反应器10中。

5)打开单向阀4，把高压实验气体充入反应器10，通过调压阀2将反应系统压力维持在实验所需的压力0～20Mpa。

6)设定实验温度0℃～25℃，启动实验装置的温度控制系统，利用恒温水浴8对反应器10进行冷却，直到反应器10中的温度达到设定温度。

7)进行气体水合物形成实验。

实施例1：

选用的复合型促进剂组成为：1％的十二烷基羟丙基磷酸酯甜菜碱、1％烷基磷酸酯盐和2.5％十八酰胺丙基氧化胺，混合后制成浓度范围是500～900ppm的促进剂水溶液，实验气体为纯度99.99％的甲烷，实验温度为277.55K，用上述方法进行实验，实验数据如表1所示。

表1实验结果

实施例2：

选用的复合型促进剂组成为：1.5％的十二烷基羟丙基磷酸酯甜菜碱、1.5％烷基磷酸酯盐和3％十八酰胺丙基氧化胺，混合后制成浓度范围是500～900ppm的促进剂水溶液，实验气体为纯度99.99％的甲烷，实验温度为277.55K，用上述方法进行实验，实验数据如表2所示。

表2实验结果

实施例3：

选用的复合型促进剂组成为：2％的十二烷基羟丙基磷酸酯甜菜碱、2.5％烷基磷酸酯盐和3.5％十八酰胺丙基氧化胺，混合后制成浓度范围是500～900ppm的促进剂水溶液，实验气体为纯度99.99％的甲烷，实验温度为277.55K，用上述方法进行实验，实验数据如表3所示。

表3实验结果

实施例4：

选用的复合型促进剂组成为：2％的十二烷基羟丙基磷酸酯甜菜碱、2.5％烷基磷酸酯盐和3.5％十八酰胺丙基氧化胺，混合后制成浓度范围是500～900ppm的活性剂溶液。实验气体为纯度99.99％的甲烷，实验温度为281.55K。用上述方法进行实验，实验数据如表4所示。

表4实验结果