[发明专利]一种气体水合物的制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及水合物领域，具体涉及一种气体水合物的制备方法。

背景技术

气体水合物是水分子与甲烷、乙烷、CO₂及H₂S等小分子气体形成的非化学计量性笼型化合物。在自然界中，水合物大多存在于大陆永久冻土带和深海中，其所包络的气体以甲烷为主，与天然气组成非常相似。科学研究表明1m³天然气水合物在标准温度和压力下，可以储存约170m³的天然气。水合物储运天然气技术不仅有储存空间小的优点，而且它较气态、液态天然气更安全。同其他天然气的储存方式相比，水合物法只需要较低的固定投资和运营费用。较低的成本、灵活简单的处理过程使得水合物法运输天然气具备良好的发展前景。

但是目前实验室生成的水合物受诱导时间长、储气量小影响，不具备天然气运输的条件。因此，水合物储运天然气技术关键是要采取有效措施以提高水合物生成速度，增大水合物储气量。为提高水合物的生成速度及储气量，多年来研究了许多诸如添加表面活性剂、添加多孔介质、增添外场及添加纳米流体等方法。但这些方法都存在一些不足，如提高经济成本、水合物生成时间过长等。不能满足水合物运输天然气的要求，急需一种经济、高效生成气体水合物的方法。

发明内容

本发明的目的是针对水合物技术工业化进程当中所遇到的水合物诱导时间长、生成速度小、储气量差的问题，结合水合物生成过程与结晶过程的相似性，提供一种高效经济的饱和溶液制备气体水合物的方法。

本发明的技术方案是：一种气体水合物的制备方法，其特征在于：制备气体水合物过程中采取一定的方式添加适当的溶质晶种，取代气体水合物晶种的自发形成过程，降低水合物晶核所需能量，提高水合物形成速度。

所述的晶种添加方式为选取适当的溶质制成饱和溶液，利用饱和溶液结晶析出的溶质晶体作为水合物生成的晶种。

所述的适当的溶质可以直接采购，溶质材料可为如Na₂SO₄、CuSO₄、MgSO₄、NH₄HCO₃、ZnSO₄等的无机物及有机物。

所述的气体可以为天然气、甲烷、CO₂、瓦斯气体以及他们的混合气体。

发明的优点

本发明的有益效果是：本发明利用水合物生成过程中水分子被消耗后，饱和溶液溶质结晶析出为气体水合物生成提供晶核，该晶核代替水合物晶核自发形成过程有助于打破水合物诱导期的稳定状态降低成核所需能量，促进水合物成核缩短诱导期。同时水合物生成过程不断消耗水分子，令饱和溶液的溶质源源不断的析出实现了晶种的多批次添加，使水合物快速生成。水合物生成利用的饱和溶液可以反复使用降低成本。

附图说明

图1是本发明方法的水合物生成机理图。

图2是用本发明方法制备水合物的压力随时间变化关系与去离子水中水合物的压力随时间变化关系对比结果。

具体实施方式

下面对本发明的溶液配置与实验方案进行进一步阐述。

本发明实施例中所选用的气体可以为天然气、甲烷、CO₂、瓦斯气体以及他们的混合气体，以天然气为例但并不限于此，配置饱和溶液所采用药品可以为Na₂SO₄、CuSO₄、MgSO₄、NH₄HCO₃、ZnSO₄等的无机物及有机物，以Na₂SO₄、CuSO₄、MgSO₄、NH₄HCO₃为例，但并不限于此。

实施例一：

本实施案例是在体积为350ml的反应釜内进行。首先准备去离子水175ml×5，然后使用去离子水分别制备Na₂SO₄、MgSO₄、CuSO₄、NH₄HCO₃在5℃下的饱和溶液。最后，将所配置的饱和溶液与去离子水分别加入到反应釜内，并通过水浴循环制冷系统将水浴温度控制在5℃，通过进气系统进气直至反应釜内压力达到8.31MPa，在搅拌速度500r/min的条件下定容进行水合物的生成实验，反应釜内压力稳定时结束实验。实验发现，饱和溶液不仅可以加快天然气水合物的生成速度，还可以加大天然气水合物的储气量。