一種儲存和捕集二氧化碳氣體的混合物的製作方法
2023-04-30 08:30:46
專利名稱：一種儲存和捕集二氧化碳氣體的混合物的製作方法
技術領域：
本發明屬於二氧化碳儲存與捕集領域，具體涉及一種促進二氧化碳水合物形成的 混合物。
背景技術：
二氧化碳作為溫室氣體的主要成分越來越受到關注，是減排的主要對象。我國以 煤炭為主要能源的結構，導致二氧化碳的排放量隨著經濟的發展大幅度上升，已成為年二 氧化碳排放量最多的國家之一，控制二氧化碳排放所受到的環境和國際壓力越來越大。實 現溫室氣體二氧化碳減排的方法主要有節能減排，通過技術的改進與發展，提高能源利用 率，減少能源消耗總量，降低二氧化碳實際排放量；利用可再生能源(如太陽能、風能等)，減 少化石能源的消耗；對燃料燃燒產生的二氧化碳進行捕集處理，降低直接排放到大氣中的 二氧化碳。捕集的二氧化碳除部分被作為碳資源利用外，趨於的二氧化碳要進行再處理和 儲存，防止其擴散到大氣中造成溫室效應。從工廠排放的煙氣中捕集二氧化碳的方法主要有基於化學吸收、吸附、膜分離等 方法，水合物捕集分離二氧化碳是近年來研究的二氧化碳分離新方法。但由於二氧化碳在 水中的溶解度小，二氧化碳水合物形成速度慢、結晶誘導時間長，水合物形成條件比較苛刻 (二氧化碳水合法以其不造成二次汙染、經濟可行性強等優點受到越來越多的關注，但是由 於在形成二氧化碳水合物的條件苛刻，需要低溫高壓等條件，例如，0攝氏度時，二氧化碳生 成水合物的壓力為1. 26MPa)，二氧化碳水合物的形成通常在相界面形成，造成後續的水合 物生長難，生成的水合物中含水率高，而且水合物的生長具有不確定性。因此，需要研究一種可以使二氧化碳水合物更容易、更快形成的方法。
發明內容
本發明的目的是提供一種儲存和捕集二氧化碳氣體的混合物，使二氧化碳水合物 更容易、更快形成，更高效的捕集二氧化碳氣體。為達到上述目的，本發明採用的技術方案是一種儲存和捕集二氧化碳氣體的混 合物，所述混合物包括水，還包括3_20%的環戊烷、1-10%的碳纖維、0. 3-8%表面活性劑、 1-6%的助表面活性劑，所述百分數表示質量分數，以混合物的質量為100% ；其中，所述表面 活性劑選自全氟聚醚碳酸銨(PFPE-NH4)、2-乙基己基琥珀酸酯磺酸鈉(AOT)、氟碳表面活 性劑、聚乙二醇三甲基壬基醚；助表面活性劑選自乙醇、氟代戊醇、正丁醇、正戊醇或異戊 醇；所述氟碳表面活性劑可選自杜邦公司生產的商品名為Zonyl FS-62的陰離子磺酸型 氟碳表面活性劑或杜邦公司生產的商品名為Zonyl FSP的表面活性劑。上述技術方案中，所述碳纖維為現有技術中的材料，直徑1至40微米；在原子層面 的碳纖維跟石墨很相近，是由一層層以六角型排列的碳原子所構成，層間連結是不規則的， 一般碳纖維的密度為1750 kg/m3。優選的技術方案中，所述儲存和捕集二氧化碳氣體的混合物由下述組分構成質量分數5-10%的環戊烷、質量分數3-5%的碳纖維、質量分數5-6%表面活性劑、質量分數 2-4%的助表面活性劑；其中以混合物的質量為100%。實際應用時，將上述混合物充分混合便可儲存和捕集二氧化碳，高效的形成二氧 化碳水合物；具體地，二氧化碳水合物可在l_4MPa和O-ICTC條件下形成。因此，本發明同時要求保護上述混合物在l-4MPa、0-10°C下儲存和捕集二氧化碳 氣體，形成二氧化碳水合物的應用。具體地，應用上述混合物儲存和捕集二氧化碳的方法為在0-10°C下，將l_4MPa 的二氧化碳氣體通入混合物中至少5分鐘以形成二氧化碳水合物。由於上述技術方案運用，本發明與現有技術相比具有下列優點
1.與傳統的純水體系中二氧化碳水合物形成相比，本發明所述混合物通過在相變體 系中增加了低壓水合介質環戊烷，降低二氧化碳形成水合物所需的壓力，利用表面活性劑 增溶和乳化作用，增加了水合介質間的接觸面，同時利用碳纖維的高導熱特性，促進水合物 形成過程中傳質傳遞，提高水合物生長速度，降低水合物形成過冷溫度和結晶引導時間。2.由於本發明所述混合物的使用，在捕集二氧化碳形成二氧化碳水合物的時候， 通過強化二氧化碳水合物形成體系的氣-液-固相間的傳遞與擴散，加強相變過程中的熱 質傳遞，提高水合物生長的推動力，因此縮短二氧化碳水合物結晶成核時間，提高水合物的 生長速度。
具體實施例方式下面結合實施例對本發明作進一步描述 實施例一
首先把質量百分比分別為10%、3%和5%的環戊烷、碳纖維、全氟聚醚碳酸銨與水組成混 合物，取該種混合物300ml加入到抽真空後的不鏽鋼反應釜中，反應釜的容積為500ml。開 啟攪拌裝置，充分攪拌。啟動製冷裝置，使反應釜內的溫度控制在3 °C。向反應釜注入二氧化 碳氣體，直至壓力達到2. 5MPa。水合物形成過程為定容過程，在10分鐘內形成水合物，水合 物形成結束時，二氧化碳的壓降在1-1. 3MPa之間(典型的三次實驗的壓降分別為1. 3MPa、 1. IMP和IMPa)；在相同的壓力、溫度條件下的純水二氧化碳體系水合物的生成時間在1. 5 小時左右，水合物形成結束時，二氧化碳的最大壓降為0. 4MPa ；因此，本實施例提供的混合 物體系中二氧化碳的壓力下降幅度比相同壓力、溫度條件下純水體系二氧化碳的壓力下降 幅度增加150%以上，說明本實施例提供的混合物的介質減少了水合物反應時間度，並促進 二氧化碳在該體系中的吸收。實施例二
首先把質量百分比分別為8%、3%和6%的環戊烷、碳纖維、聚乙二醇-2，6，8-三甲 基-4-壬醚與水組成混合物，取該種混合物300ml加入到抽真空後的不鏽鋼反應釜中，反 應釜的容積為500ml。開啟攪拌裝置，充分攪拌。啟動製冷裝置，使反應釜內的溫度控制在 10°C。向反應釜注入二氧化碳氣體，直至壓力達到4MPa。水合物形成過程為定容過程，水合 物在15分鐘內形成。在相同壓力和溫度條件下，純水體系二氧化碳不能形成水合物，說明 本實施例提供的混合物的介質降低了水合物形成壓力，促進二氧化碳在該體系中形成水合 物。
實施例三
首先把質量百分比分別為5% 、5%、5%和3%的環戊烷、碳纖維、全氟聚醚碳酸銨、乙醇與 水組成混合物，取該種混合物300ml加入到抽真空後的不鏽鋼反應釜中，反應釜的容積為 500ml。開啟攪拌裝置，充分攪拌。啟動製冷裝置，使反應釜內的溫度控制在2°C。向反應釜 注入二氧化碳氣體，直至壓力達到2MPa。水合物形成過程為定容過程，在15分鐘內形成水 合物，水合物形成結束時，二氧化碳的壓降在0. 6-0. SMPa之間(典型的兩次實驗的壓降分 別為0. 6IMPa和0. 78MPa)；在相同的壓力、溫度條件下的純水二氧化碳體系水合物的生成 時間在1. 5小時左右，水合物形成結束時，二氧化碳的最大壓降為0. 2MPa，本實施例提供的 混合物體系中二氧化碳的壓力下降幅度比相同壓力、溫度條件下純水體系二氧化碳的壓力 下降幅度增加200%以上，說明本實施例提供的混合物的介質減少了水合物反應時間，並促 進二氧化碳在該體系中的吸收。
權利要求
1.一種儲存和捕集二氧化碳氣體的混合物，所述混合物包括水，其特徵在於，所述混合 物還包括3-20%的環戊烷、1-10%的碳纖維、0. 3-8%表面活性劑、1-6%的助表面活性劑，所 述百分數表示質量分數，以混合物的質量為100%;其中，所述表面活性劑選自全氟聚醚碳 酸銨、2-乙基己基琥珀酸酯磺酸鈉、氟碳表面活性劑、聚乙二醇三甲基壬基醚；助表面活性 劑選自乙醇、氟代戊醇、正丁醇、正戊醇或異戊醇。
2.根據權利要求1所述儲存和捕集二氧化碳氣體的混合物，其特徵在於，所述混合物 由下述組分構成質量分數5-10%的環戊烷、質量分數3-5%的碳纖維、質量分數5-6%表面 活性劑、質量分數2-4%的助表面活性劑；其中以混合物的質量為100%。
3.權利要求1或2所述混合物在l-4MPa、0-l(TC下儲存和捕集二氧化碳氣體，形成二 氧化碳水合物的應用。
全文摘要
本發明屬於二氧化碳儲存與捕集領域，具體涉及一種促進二氧化碳水合物形成的混合物。所述混合物包括水，其特徵在於，所述混合物還包括3-20%的環戊烷、1-10%的碳纖維、0.3-8%表面活性劑、1-6%的助表面活性劑，所述百分數表示質量分數，以混合物的質量為100%；其中，所述表面活性劑選自全氟聚醚碳酸銨、2-乙基己基琥珀酸酯磺酸鈉、氟碳表面活性劑、聚乙二醇三甲基壬基醚；助表面活性劑選自乙醇、氟代戊醇、正丁醇、正戊醇或異戊醇。所述混合物可以使二氧化碳水合物更容易、更快形成，更高效的捕集二氧化碳氣體。
文檔編號B01D53/14GK102091505SQ20111000689
公開日2011年6月15日 申請日期2011年1月13日 優先權日2011年1月13日
發明者孫志高 申請人:蘇州科技學院