一種可降解型水合物生成促進(jìn)劑及其制備方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及氣體水合物工業(yè)生產(chǎn)和強(qiáng)化生成技術(shù)領(lǐng)域，尤指一種可降解型水合物生成促進(jìn)劑及其制備方法。
【背景技術(shù)】
[0002]水合物是一種籠狀晶體結(jié)構(gòu)，其中作為主體的水分子形成一種籠形點(diǎn)陣，將客體分子包裹在其中；由于分子量的不同可以形成三種不同結(jié)構(gòu)，分別為I型、II型和H型；CO2水合物是<^02在一定溫度和壓力下形成的一種包絡(luò)化合物，水分子間以氫鍵相互結(jié)合形成籠形空隙，0)2分子被包絡(luò)其中，一個(gè)籠形空隙最多只能容納一個(gè)CO2分子，CO2分子與水分子之間以范德華力相互作用，這種作用力是水合物的結(jié)構(gòu)形成和穩(wěn)定存在的關(guān)鍵；在標(biāo)準(zhǔn)溫度和氣壓下，每立方米的水合物可以儲(chǔ)存160m3?180 m3的氣體。
[0003]目前，伴隨著全球工業(yè)化進(jìn)程的加快，CO2的排放量越來(lái)越大并對(duì)環(huán)境帶來(lái)危害，0)2等溫室氣體的減排越來(lái)越受到國(guó)際社會(huì)的廣泛關(guān)注，各國(guó)都在積極開(kāi)展這方面的研宄；在我國(guó)，燃煤電廠排放的CO2占到了工業(yè)總量的30%，因此，積極減少燃煤電廠CO2的排放很有意義；2013年全球排放的CO2氣體約360億噸，但是，其中的大部分在工業(yè)生產(chǎn)中被當(dāng)做廢氣排放掉，這樣不僅造成了溫室效應(yīng)，而且浪費(fèi)了 CO2這種可利用的寶貴資源。
[0004]常用的CO2回收分離方法有以下幾種:
溶劑吸收法:使用溶劑對(duì)CO2進(jìn)行吸收和解析，CO 2濃度可達(dá)98%以上。此法流程復(fù)雜，操作成本高。
[0005]變壓吸附法:采用固體吸附劑吸附混合氣中的CO2，濃度可達(dá)60%以上，該法濃度太低，不能作為產(chǎn)品使用。
[0006]有機(jī)膜分離法:利用中空纖維膜在高壓下分離CO2，只適用于氣源干凈、需用0)2濃度不高于90%的場(chǎng)合，目前該技術(shù)國(guó)內(nèi)處于開(kāi)發(fā)階段。
[0007]催化燃燒法:利用催化劑和純氧氣把CO2中的可燃燒雜志轉(zhuǎn)換CO2和水。該法只能脫除可燃雜志，能耗和成本高，已被淘汰。
[0008]上述方法存在污染嚴(yán)重、成本太高等缺陷，為了更為經(jīng)濟(jì)有效的分離回收CO2，研發(fā)了使用水合物法來(lái)回收分離CO2的技術(shù)。
[0009]針對(duì)以上問(wèn)題，本發(fā)明提供了一種環(huán)境友好型可降解的促進(jìn)劑及其制備配方。對(duì)工業(yè)化生產(chǎn)及應(yīng)用具有重要意義。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0010]本發(fā)明索要解決的問(wèn)題是:現(xiàn)有技術(shù)中回收分離CO2成本高，對(duì)環(huán)境污染大。
[0011]為達(dá)到上述目的，本發(fā)明采用如下技術(shù)方案:
一種可降解型CO2水合物生成促進(jìn)劑，其特征在于:所述CO 2水合物生成促進(jìn)劑由鼠李糖脂、木質(zhì)素、碳酸氫鈉三種物質(zhì)按比例配置水溶液而成。
[0012]進(jìn)一步的，三者的濃度分別為0.01%?0.13%、0.01%?0.13%和0.0125%?0.03%。
[0013]所述鼠李糖脂為單鼠李糖脂和雙鼠李糖脂的混合物，見(jiàn)圖1，其中單雙鼠李糖脂的質(zhì)量比值為2:1。
[0014]本發(fā)明應(yīng)用于水合物生成促進(jìn)，也可用于捕集CO2等溫室氣體；所用鼠李糖脂和木質(zhì)素磺酸鈉均為環(huán)境友好型試劑，可顯著降低氣液界面處的表面張力，減小氣體通過(guò)界面進(jìn)入液相的阻力，促進(jìn)泡沫生成，增加氣液接觸面積，極大的縮短了水合物生成誘導(dǎo)時(shí)間，增大了水合物生成速率。與常用的促進(jìn)劑相比，用量少，無(wú)污染，且經(jīng)濟(jì)環(huán)保。
[0015]本發(fā)明所述一種高效的可降解型0)2水合物生成促進(jìn)劑的制備方法，所述促進(jìn)劑由鼠李糖脂、木質(zhì)素、碳酸氫鈉三種物質(zhì)按一定比例配置而成。
[0016]促進(jìn)劑選用鼠李糖脂(單鼠李糖脂和雙鼠李糖脂的混合物，其中單雙鼠李糖脂的質(zhì)量比值為2:1)、木質(zhì)素磺酸鈉與碳酸氫鈉按一定比例配置成水溶液，三者的使用濃度分別為0.01%?0.13%、0.01%?0.13%和0.0125%?0.03% ;復(fù)配時(shí)選取其中一種濃度進(jìn)行配比，如:按配比0.02%，0.05%和0.015%。
[0017]發(fā)明所述促進(jìn)劑中的生物表面活性劑鼠李糖脂和木質(zhì)素磺酸鈉均為環(huán)境友好型試劑，可顯著降低氣液界面處的表面張力，減小氣體通過(guò)界面進(jìn)入液相的阻力，促進(jìn)泡沫生成，增加氣液接觸面積，極大的縮短了水合物生成誘導(dǎo)時(shí)間，增大了水合物生成速率。與常用的促進(jìn)劑相比，用量少，無(wú)污染，且經(jīng)濟(jì)環(huán)保。
[0018]本發(fā)明所述高效的可降解型CO2水合物生成促進(jìn)劑使用范圍廣泛，促進(jìn)水合物生成時(shí)沒(méi)有苛刻的使用條件；應(yīng)用溫度為O?30°C，應(yīng)用壓力為30MPa。
[0019]本發(fā)明的制備裝置和反應(yīng)裝置是由天子分析天平、表面張力儀、高壓反應(yīng)釜、制冷恒溫水浴、高壓配氣系統(tǒng)、光纖攝像體統(tǒng)、壓力與溫度控制裝置、數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)等組成的可視化高壓反應(yīng)釜式氣體水合物生成實(shí)驗(yàn)裝置。
[0020]主要配置步驟如下:
配制水溶液:使用精度為0.0Olg的電子天平分別稱取一定質(zhì)量的鼠李糖脂。
[0021]再依次使用電子天平稱量一定量的木質(zhì)素磺酸鈉溶液和碳酸氫鈉，將三者混合配制成水溶液，濃度分別為0.01%?0.13%、0.01%?0.13%和0.0125%?0.03%。
[0022]溫度設(shè)定為2?10°C，并在此溫度范圍內(nèi)測(cè)量不同濃度比的復(fù)合促進(jìn)劑的表面張力。
[0023]反復(fù)清洗反應(yīng)釜2?3次，然后向反應(yīng)釜內(nèi)注入水合物生成促進(jìn)劑，水合物生成促進(jìn)劑的加入體積為反應(yīng)釜的1/3。
[0024]開(kāi)啟恒溫水浴槽，將溫度預(yù)設(shè)為2?10°C，待反應(yīng)釜內(nèi)溫度穩(wěn)定后開(kāi)始進(jìn)氣，進(jìn)氣十分鐘后開(kāi)啟Il內(nèi)攪拌器，以加速水合物生成，攪拌轉(zhuǎn)速維持在1450r/min。
[0025]當(dāng)高壓反應(yīng)釜內(nèi)壓力保持不變后，S卩可認(rèn)為水合物生成完全，打開(kāi)排氣閥，放氣將釜內(nèi)壓力泄盡。
[0026]將釜內(nèi)清洗干凈，然后反復(fù)操作。
[0027]本發(fā)明的有益效果體現(xiàn)在:
具有表面活性的生物活性劑降低了氣液界面的表面張力，有利于氣體通過(guò)界面進(jìn)入液相，促進(jìn)泡沫生成，增加了氣液接觸面積；本發(fā)明選用的鼠李糖脂和木質(zhì)素可完全生物降解，不造成環(huán)境污染，且用量少，效果好，對(duì)使用溫度和使用壓力無(wú)特殊要求，可應(yīng)用于氣體水合物儲(chǔ)運(yùn)技術(shù)；水合物法捕集CO2，水合物法氣體分離技術(shù)等諸多領(lǐng)域。
【附圖說(shuō)明】
[0028]圖1是單鼠李糖脂和雙鼠李糖脂的分子結(jié)構(gòu)示意圖。
[0029]圖2是水合物生成實(shí)驗(yàn)裝置圖。
[0030]1-氣瓶；2_截止閥；3_壓力表；4_氣體增壓泵；5_空氣壓縮機(jī)；6_反應(yīng)溶液；7-恒溫水??；8_可視化高壓反應(yīng)釜；9_計(jì)算機(jī)終端；10_排氣口；11-玻璃視窗；12_水浴攪拌槳；13-釜內(nèi)攪拌子；14_磁力攪拌；15_真空泵；16_冷卻水循環(huán)槽；17_汲水泵；18_針型閥。
【具體實(shí)施方式】
[0031]下面結(jié)合具體實(shí)例對(duì)本發(fā)明進(jìn)一步闡述，但本發(fā)明使用方式不僅限于此。
[0032]實(shí)施例1:
配置質(zhì)量濃度0.03%鼠李糖脂+0.03%木質(zhì)素+0.015%碳酸氫鈉的復(fù)合促進(jìn)劑溶液，取170ml注入反應(yīng)釜，設(shè)置恒溫水浴溫度，給定初始溫度2.5°C，實(shí)驗(yàn)氣體采用99.9%的CO2氣體，溫度穩(wěn)定后進(jìn)氣，進(jìn)氣結(jié)束1min后開(kāi)啟藎內(nèi)攪拌器，攪拌轉(zhuǎn)速維持在1450r/min，反應(yīng)180min水合物充滿反應(yīng)釜且壓力不再降低，比相同體系下無(wú)添加劑時(shí)反應(yīng)時(shí)間縮短21.8%，利用恒溫壓力搜索法測(cè)定的相平衡壓力為2.45Mpa。
[0033]具體步驟如下:
配置溶液:使用精度為0.0Olg的電子天平準(zhǔn)確稱量試劑并按實(shí)驗(yàn)要求配置相應(yīng)濃度的反應(yīng)溶液。
[0034]溫度控制:開(kāi)啟恒溫水浴槽，將溫度設(shè)置為2.5°C。
[0035]進(jìn)氣進(jìn)液:向反應(yīng)釜注入170ml溶液，注液結(jié)束后進(jìn)氣，向反應(yīng)釜內(nèi)注入高壓C02，進(jìn)氣結(jié)束1min后打開(kāi)藎內(nèi)攪拌器，加速水合物生成，攪拌速度控制為1450r/min。
[0036]觀察壓力顯示器，當(dāng)壓力穩(wěn)定之后，即水合物基本全部生成，記錄下壓力示數(shù)。
[0037]預(yù)進(jìn)行下一組實(shí)驗(yàn)，將釜內(nèi)壓力泄凈，抽出反應(yīng)液，清洗反應(yīng)釜，然后重復(fù)操作。
[0038]實(shí)施例2:
配置質(zhì)量濃度0.05%鼠李糖脂+0.05%木質(zhì)素+0.02%碳酸氫鈉的復(fù)合促進(jìn)劑溶液，取170ml注入反應(yīng)釜，設(shè)置恒溫水浴溫度，給定初始溫度2.5°C，實(shí)驗(yàn)氣體采用99.9%的CO2氣體，溫度穩(wěn)定后進(jìn)氣，進(jìn)氣結(jié)束1min后開(kāi)啟藎內(nèi)攪拌器，攪拌轉(zhuǎn)速維持在1450r/min，反應(yīng)170min水合物充滿反應(yīng)釜且壓力不再降低，比相同體系下無(wú)添加劑時(shí)反應(yīng)時(shí)間縮短26.1%，利用恒溫壓力搜索法相平衡壓力為2.4Mpa。
[0039]實(shí)施例3:
配置質(zhì)量濃度0.07%鼠李糖脂+0.07%木質(zhì)素+0.025%碳酸氫鈉的復(fù)合促進(jìn)劑溶液，取170ml注入反應(yīng)釜，設(shè)置恒溫水浴溫度，給定初始溫度2.5 °C，實(shí)驗(yàn)氣體采用99.9%的CO2氣體，溫度穩(wěn)定后進(jìn)氣，進(jìn)氣結(jié)束1min后藎內(nèi)攪拌器，攪拌轉(zhuǎn)速維持在1450r/min，反應(yīng)140min水合物充滿反應(yīng)釜且壓力不再降低，比相同體系下無(wú)添加劑時(shí)反應(yīng)時(shí)間縮短39.1%，利用恒溫壓力搜索法相平衡壓力為2.38Mpa。
【主權(quán)項(xiàng)】
1.一種可降解型水合物生成促進(jìn)劑，其特征在于:所述CO 2水合物生成促進(jìn)劑由鼠李糖脂、木質(zhì)素、碳酸氫鈉三種物質(zhì)按比例配置水溶液而成。2.如權(quán)利要求1所述的一種可降解型水合物生成促進(jìn)劑，其特征在于:鼠李糖脂的濃度為 0.01% ?0.13%。3.如權(quán)利要求1所述的一種可降解型水合物生成促進(jìn)劑，其特征在于:木質(zhì)素的濃度為 0.01% ?0.13%。4.如權(quán)利要求1所述的一種可降解型水合物生成促進(jìn)劑，其特征在于:碳酸氫鈉的濃度為 0.0125% ?0.03%。5.如權(quán)利要求2所述的一種可降解型水合物生成促進(jìn)劑，其特征在于:所述鼠李糖脂為單鼠李糖脂和雙鼠李糖脂的混合物，其中單雙鼠李糖脂的質(zhì)量比值為2:1。6.使用如權(quán)利要求1所述的一種可降解型水合物生成促進(jìn)劑制備水合物的方法，其特征在于步驟如下:反復(fù)清洗反應(yīng)釜2?3次，然后向反應(yīng)釜內(nèi)注入水合物生成促進(jìn)劑；開(kāi)啟恒溫水浴槽，將溫度預(yù)設(shè)為2?10°C，待反應(yīng)釜內(nèi)溫度穩(wěn)定后開(kāi)始進(jìn)氣，進(jìn)氣十分鐘后開(kāi)啟釜內(nèi)攪拌器，以加速水合物生成，攪拌轉(zhuǎn)速維持在1450r/min ;當(dāng)高壓反應(yīng)釜內(nèi)壓力保持不變后，即可認(rèn)為水合物生成完全，打開(kāi)排氣閥，放氣將釜內(nèi)壓力泄盡，將釜內(nèi)清洗干凈，然后反復(fù)操作。7.如權(quán)利要求6所述的制備水合物的方法，其特征在于:水合物生成促進(jìn)劑的加入體積為反應(yīng)釜的1/3。
【專利摘要】本發(fā)明涉及氣體水合物工業(yè)生產(chǎn)和強(qiáng)化生成技術(shù)領(lǐng)域，尤指一種可降解型水合物生成促進(jìn)劑及其制備方法。其特征在于：所述CO2水合物生成促進(jìn)劑由鼠李糖脂、木質(zhì)素、碳酸氫鈉三種物質(zhì)按比例配置水溶液而成，三者的濃度分別為0.01%～0.13%、0.01%～0.13%和0.0125%～0.03%。本發(fā)明應(yīng)用于水合物生成促進(jìn)，也可用于捕集等溫室氣體。所用鼠李糖脂和木質(zhì)素磺酸鈉均為環(huán)境友好型試劑，可顯著降低氣液界面處的表面張力，減小氣體通過(guò)界面進(jìn)入液相的阻力，促進(jìn)泡沫生成，增加氣液接觸面積，極大的縮短了水合物生成誘導(dǎo)時(shí)間，增大了水合物生成速率。與常用的促進(jìn)劑相比，用量少，無(wú)污染，且經(jīng)濟(jì)環(huán)保。
【IPC分類】C01B31/20
【公開(kāi)號(hào)】CN104944427
【申請(qǐng)?zhí)枴緾N201510309461
【發(fā)明人】王樹(shù)立, 劉墨夫, 饒永超, 康甜甜, 劉倩, 鄭亞星, 代文杰, 戴源
【申請(qǐng)人】常州大學(xué)
【公開(kāi)日】2015年9月30日
【申請(qǐng)日】2015年6月9日