一種氣體水合物的制備方法與流程

本發明涉及水合物領域，具體涉及一種氣體水合物的制備方法。

背景技術：

氣體水合物是水分子與甲烷、乙烷、CO₂及H₂S等小分子氣體形成的非化學計量性籠型化合物。在自然界中，水合物大多存在于大陸永久凍土帶和深海中，其所包絡的氣體以甲烷為主，與天然氣組成非常相似。科學研究表明1m³天然氣水合物在標準溫度和壓力下，可以儲存約170m³的天然氣。水合物儲運天然氣技術不僅有儲存空間小的優點，而且它較氣態、液態天然氣更安全。同其他天然氣的儲存方式相比，水合物法只需要較低的固定投資和運營費用。較低的成本、靈活簡單的處理過程使得水合物法運輸天然氣具備良好的發展前景。

但是目前實驗室生成的水合物受誘導時間長、儲氣量小影響，不具備天然氣運輸的條件。因此，水合物儲運天然氣技術關鍵是要采取有效措施以提高水合物生成速度，增大水合物儲氣量。為提高水合物的生成速度及儲氣量，多年來研究了許多諸如添加表面活性劑、添加多孔介質、增添外場及添加納米流體等方法。但這些方法都存在一些不足，如提高經濟成本、水合物生成時間過長等。不能滿足水合物運輸天然氣的要求，急需一種經濟、高效生成氣體水合物的方法。

技術實現要素：

本發明的目的是針對水合物技術工業化進程當中所遇到的水合物誘導時間長、生成速度小、儲氣量差的問題，結合水合物生成過程與結晶過程的相似性，提供一種高效經濟的飽和溶液制備氣體水合物的方法。

本發明的技術方案是：一種氣體水合物的制備方法，其特征在于：制備氣體水合物過程中采取一定的方式添加適當的溶質晶種，取代氣體水合物晶種的自發形成過程，降低水合物晶核所需能量，提高水合物形成速度。

所述的晶種添加方式為選取適當的溶質制成飽和溶液，利用飽和溶液結晶析出的溶質晶體作為水合物生成的晶種。

所述的適當的溶質可以直接采購，溶質材料可為如Na₂SO₄、CuSO₄、MgSO₄、NH₄HCO₃、ZnSO₄等的無機物及有機物。

所述的氣體可以為天然氣、甲烷、CO₂、瓦斯氣體以及他們的混合氣體。

發明的優點

本發明的有益效果是：本發明利用水合物生成過程中水分子被消耗后，飽和溶液溶質結晶析出為氣體水合物生成提供晶核，該晶核代替水合物晶核自發形成過程有助于打破水合物誘導期的穩定狀態降低成核所需能量，促進水合物成核縮短誘導期。同時水合物生成過程不斷消耗水分子，令飽和溶液的溶質源源不斷的析出實現了晶種的多批次添加，使水合物快速生成。水合物生成利用的飽和溶液可以反復使用降低成本。

附圖說明

圖1是本發明方法的水合物生成機理圖。

圖2是用本發明方法制備水合物的壓力隨時間變化關系與去離子水中水合物的壓力隨時間變化關系對比結果。

具體實施方式

下面對本發明的溶液配置與實驗方案進行進一步闡述。

本發明實施例中所選用的氣體可以為天然氣、甲烷、CO₂、瓦斯氣體以及他們的混合氣體，以天然氣為例但并不限于此，配置飽和溶液所采用藥品可以為Na₂SO₄、CuSO₄、MgSO₄、NH₄HCO₃、ZnSO₄等的無機物及有機物，以Na₂SO₄、CuSO₄、MgSO₄、NH₄HCO₃為例，但并不限于此。

實施例一：

本實施案例是在體積為350ml的反應釜內進行。首先準備去離子水175ml×5，然后使用去離子水分別制備Na₂SO₄、MgSO₄、CuSO₄、NH₄HCO₃在5℃下的飽和溶液。最后，將所配置的飽和溶液與去離子水分別加入到反應釜內，并通過水浴循環制冷系統將水浴溫度控制在5℃，通過進氣系統進氣直至反應釜內壓力達到8.31MPa，在攪拌速度500r/min的條件下定容進行水合物的生成實驗，反應釜內壓力穩定時結束實驗。實驗發現，飽和溶液不僅可以加快天然氣水合物的生成速度，還可以加大天然氣水合物的儲氣量。