[发明专利]一种水合物快速生成介质及其制备方法、应用和使用方法

说明书

本发明提供一种水合物快速生成介质及其制备方法、应用和使用方法。制法包括：将水合物动力学促进剂与水配制成促进剂水溶液，并与初始气体在大于0℃且小于5℃的温度下反应生成初始水合物；将初始水合物、残余的促进剂水溶液和剩余的初始气体的温度降低至0℃以下；排出剩余的初始气体并使冷冻后的初始水合物及残余的促进剂水溶液经冷冻形成的冰结构保持在常压及其以下压力，使水合物中储存的气体释放，得到的冰状物质即为水合物快速生成介质。该方法能避免水合物分解时大量泡沫的产生，用于水合物生成时，在5～21min内即可实现80％的水合物产率，且可循环使用，能够广泛应用于水合物法气体储运、水合物法气体分离、水合物法蓄冷等领域。

技术领域

本发明属于气体水合物技术领域，具体涉及一种水合物快速生成介质及其制备方法、应用和使用方法。

背景技术

气体水合物是水分子与气体小分子在低温高压下形成的非化学计量的晶体物质。其中，水分子通过氢键连接形成多面体晶格，气体小分子作为客体分子填充进入水分子晶格，即形成气体水合物。可形成水合物的气体客体包括甲烷、乙烷、丙烷、二氧化碳、氢气等纯气体，也包括一些混合气，如自然界中大量赋存的天然气水合物即为天然气与水形成的气体水合物，此外，一些大分子物质如四氢呋喃和环戊烷也能形成水合物。气体水合物不仅是一种自然界中存在的巨大能源，由于具有一些特殊的物理化学性质，气体水合物还可以用于气体储运、气体分离、海水淡化、蓄冷等工业应用。水合物法气体储运技术即利用水合物实现气体储运目的的工业技术，其优点包括：1立方米气体水合物可以储存约180立方米天然气、可常压保存、不易爆炸、杂质毒性低，是一种具有应用前景的气体储运技术。水合物法气体分离技术利用不同气体分子形成水合物的热力学条件不同的特点实现气体分离，可用于炼厂气、沼气、烟道气等气体分离。

目前包括水合物法气体储运和气体分离的所有气体水合物工业技术均未实现工业化，核心问题是气体水合物难以快速生成。气体水合物的生成是气体与液体生成固体产物的过程，形成的水合物通常存在于气体和水的相界面之间，而致密的水合物层阻碍气液两相接触，导致水合物生成速率缓慢。目前促进水合物生成的方法包括搅拌、鼓泡、喷雾等物理方法，也包括使用动力学促进剂和热力学促进剂的化学方法，还包括向水中添加多孔介质、利用多孔介质固定床、使用油包水乳液的物理化学方法。其中，动力学促进剂通常被认为是较好的促进方法。实验室常用动力学促进剂包括表面活性剂、氨基酸、淀粉等。公开号CN104974713A公开了一种利用氨基酸促进水合物生成的方法，公开号CN104857891A公开了一种利用椰油酰胺丙基甜菜碱、二甲基硅氧烷、非离子氟表面活性剂促进水合物生成的方法，公开号CN108003952A公开了一种非表面活性剂型的水合物生成促进剂。尽管这些方法都能促进水合物生成，但是生成水合物存在一定的诱导时间，获得高储气量的水合物所需压力较高、时间较长。除了生成速度问题，在表面活性剂或氨基酸的促进下生成的水合物通常存在贴壁生长行为，可导致在未来实际生产中堵塞反应釜进气或排气口、增大水合物表观体积等问题。公开号US2014/0363361A1公开了一种利用木质磺酸盐促进水合物生成的方法，尽管在约9.5MPa的初始压力下可取得较快的水合物生成速率，但生成的水合物存在明显的贴壁现象。此外，表面活性剂促进下生成的水合物分解还存在大量起泡的问题。因此，为了实现水合物在气体储运和气体分离的工业应用，需开发出水合物生成速度快、储气密度高、生成形态可控制、分解无气泡、生成介质可循环利用的水合物生成新方法。

发明内容

针对水合物工业技术中尤其是水合物法气体储运和气体分离过程中水合物生成缓慢、水合物分解时产生大量泡沫、水合物生成介质循环利用效率低的问题，本发明的第一目的在于提供一种水合物快速生成介质的制备方法；本发明的第二目的在于提供该制备方法制备获得的水合物快速生成介质；本发明的第三目的在于提供水合物快速生成介质在水合物法气体储运、水合物法气体分离或水合物法蓄冷中的应用；本发明的第四目的在于提供该水合物快速生成介质的使用方法。

本发明的目的通过以下技术方案得以实现：

一方面，本发明提供一种水合物快速生成介质的制备方法，其包括：