[发明专利]一种CO2水合物促进剂及其应用

说明书

技术领域

本发明属于化学化工、环境保护技术领域，尤其涉及一种CO₂的储藏技术。

背景技术

气体水合物是小分子气体和水在低温高压下生成的一种类似于冰的非化学计量笼型化合物。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，而气体和水之间没有化学计量关系。在众多气体水合物种类中，由于CO₂气体的特殊性质与作用，CO₂水合物受到全球的热切关注。

当今世界，CO₂气体大量排放造成全球气候变暖，环境问题已成为全世界亟待解决的重要课题。我国是一个以煤炭为主要能源的国家，其中大部分的煤炭主要用于火力发电，在发电过程中CO₂排放量很大，造成我国CO₂排放形势极为严峻，所受到的环境和国际压力越来越大。现阶段，CO₂控制主要包括三个方面：回收分离、储存运输、转化利用，其中回收分离技术能耗、成本最高，是制约CO₂排放控制的关键因素，也是CO₂回收利用的第一步。

回收分离含CO₂气体混合物的主要方法有物理吸收、化学吸收、变压吸附与膜分离等。物理吸收将废气引入吸收液净化，待吸收液饱和后经加热、解析、冷凝回收，适用于大气量、低温度、低浓度的废气，但需配备加热解析回收装置，设备体积大、投资较高。化学吸收应用范围比较窄，吸收剂回收能耗大。变压吸附法存在的主要问题是能耗高、设备投资大、吸附利用率低等。而目前广泛使用的膜分离法则具有化学和热稳定性差、选择性和通量不高、处理能力有限、产品纯度低等缺点。近些年来，水合物法回收、分离、封存CO₂技术受到国际学者的广泛关注。利用水合物法回收分离CO₂技术具有以下优点：

（1）储气密度大。在标准状态下，1m³水合物可以存储150m³以上的气体。

（2）生成CO₂水合物条件较为容易实现。CO₂水合物在压力1～5Mpa、温度0℃～10℃条件下就可以生成。

（3）存储安全。CO₂水合物的热物理性质较稳定，在10℃，常压条件下，CO₂水合物完全释放气体需要2小时以上，比液体CO₂存储法安全的很多。

（4）气体水合物分解或生成时会吸收或放出大量的热。因此可以用作蓄冷技术中的蓄冷剂，是比用其他介质蓄冷更有效的一种蓄冷技术。

（5）应用领域广泛。CO₂水合物可用于食品保鲜，海水淡化，气体分离，溶液提浓，污水处理等领域。

CO₂水合物的生成是一个缓慢的结晶过程，伴随着气-固-液三相传质传热过程，诱导时间长，生长速度慢，最先生成的水合物会聚集在气液界面，阻止气体进入液相，阻碍水合物的进一步生成。

中国专利CN102603674A公开了一类气体水合物促进剂[HMIPS]OTs和[HMIPS]Ss，提出利用离子液体N⁺带有的强正电荷，加强水中的氢键作用，降低了CO₂水合物的相平衡点。但由于[HMIPS]Ss和[HMIPS]Ots在100ppm～900ppm的浓度下，表面张力达到73.3～74.8mN/m（表面张力是用上海方瑞仪器有限公司生产的QBZY_1型全自动表面张力仪测定的），导致CO₂气体进入到液相比较困难，未能解决诱导时间过长的问题。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是：现有技术中，二氧化碳水合物的生成，存在诱导时间过长的问题。

为解决这一技术问题，本发明采用的技术方案是：本发明提供了一种CO₂水合物促进剂，该CO₂水合物促进剂为一种表面活性离子液体，其中，离子液体的阳离子选自，1-(3-磺酸基)丙基环己亚胺阳离子或1-(3-磺酸基)丙基吡咯烷阳离子；阴离子为十二烷基苯磺酸根阴离子。该表面活性离子液体促进剂具有以下化学结构：

离子液体中，含氮有机环状阳离子中的N⁺能增强水中氢键的强度，降低了CO₂水合物的相平衡点，其环有利于水合物的晶核生成；