[发明专利]高纯度粉末状气体水合物的制作方法

说明书

本发明公开了高纯度粉末状气体水合物的制作方法，首先执行超细粉末冰的制备；通过雾化器将水雾化获得粒径小于100μm的液滴，这些液滴通过液氮快速成冰，获得粒径小于100μm的冰粉；再执行粉末状高纯水合物的合成；将获得的冰粉与甲烷充分搅拌而快速获得粉状水合物。本发明的有益效果是提供了水合物的生产设备和工艺，使得气体水合物生成速率高，水合物纯度高。

技术领域

本发明属于石油天然气，涉及高纯度粉末状气体水合物的制作方法。

背景技术

气体水合物是由水与甲烷、乙烷、二氧化碳或硫化氢等小分子气体在高压低温环境下生成的非化学计量性笼状晶体物质，又称做笼形水合物，具有很强的储气能力，每立方米可储存160～180m³气体，且呈固态，便于运输。此外，水合物技术可应用于污水处理、海水淡化、混合气体分离、水溶液浓缩以及水合物蓄冷等领域。但是，由于水合物自然形成速率缓慢，极大地限制了水合物技术的应用。因此，克服气体水合物生成缓慢，提高其生成速率以及纯度，是水合物技术成功应用于以上领域的关键。

气体水合物是一个在气液(固)界面生成的传质传热耦合过程，增加气液(固)接触面积，强化传质传热是提高水合物生成速度的有效途径。目前，最常用的增加气液接触面积的方法包括：(1)机械法搅拌法：搅拌增加了气体的扩散速率，水合物诱导时间和生成时间都大大缩短；(2)喷雾法：将水或溶液经过喷嘴雾化到充满气体的反应釜中，通过雾化液体，将液相分散到气相中，可以极大地提高气液接触面积，从而提高水合物的生成速度，只要增加喷嘴数量就可应用于工业中实现放大；(3)鼓泡法：向装有水或溶液的反应釜内通入气体，气体从底部经分布器或喷嘴以气泡的形式通过液相发生反应。鼓泡法除了增大气液接触面积，增加气体溶解度，在传热方面也具有很大的优势；(4)超重力法：通过高速旋转的填料产生强大的离心力场，巨大的剪切力将液体撕裂成微米至纳米级的液膜、液丝和液滴，微观混合和传质过程得到极大的强化。提高了气液接触总比表面积，促进了溶解成核过程，提高了晶体填充率；(5)化学法：通过在水中添加化学添加剂改变液体微观结构，降低气液界面张力，增加气体在液相中的溶解度和扩散系数，强化气液接触，促进水合物成核生长。

目前，从已有的专利技术或文献论文看，制备固态气体水合物大都采用气体与水直接合成水合物，采用的是上述不同的增加气液界面的接触面积的方法，更多的文章中合成水合物是采用化学法，如加入表面活性剂的方法降低其水溶液的表面张力，对气体起到增溶作用。但这些方法都存在着一定的缺陷：机械搅拌存在着搅拌轴的密封性问题，搅拌时间不易过长，搅拌速度不易过快，否则，已经生成的水合物可能会由于搅拌产生的机械运动热能而分解，增加生产成本；喷雾反应的液滴在下落过程中表面生成水合物层，生成热聚集在液滴内部，如果不及时排出会抑制水合物进一步生成；鼓泡法中没有生成水合物的多余气体需用压缩机压缩后经外部管道才可循环继续反应；其它的方法都增加了成本，存在能耗的问题。

德国RC5型天然气水合分析专用摇摆槽是PSL公司最新推出的用于可燃冰检测的利器，摇摆槽的测试原理是基于其配置的稳固的冷却倾斜台，以及由压力的测试槽。当倾斜的时候，在腔体里面的一个小球会在腔体长度的位置来回振动，这种振动会加速液体和气体之间的混合作用，其方法原理就是类似上述的机械搅拌和振荡法。

目前制备气体水合物，主要还是采用气与水直接反应来制取，其最大的缺点是气液接触面积小，反应速度慢。尽管采用了一些方法加大气液接触面积，但反应速度及生成纯度都不高。也有一些文献采用冰粉与气体直接合成水合物，但这些方法基本是采用的研磨的冰粉，粒度较大，并且采用静态的方式合成水合物，生成速率低，水合物纯度不高。

发明内容

本发明的目的在于提供高纯度粉末状气体水合物的制作方法，解决了目前气体水合物生成速率低，水合物纯度不高的问题。

本发明所采用的技术方案是按照以下步骤进行：

(1)超细粉末冰的制备；