[發明專利]一種利用疏水改性泡沫金屬實現快速水合儲氣的方法

在審

• 申請號: 201710699035.2
• 申請日: 2017-08-15
• 公開（公告）號: CN107551954A
• 公開（公告）日: 2018-01-09
• 發明（設計）人: 樊栓獅;謝文欽;王燕鴻;郎雪梅
• 申請（專利權）人: 華南理工大學
• 主分類號: B01J3/00
• 分類號: B01J3/00;C10L3/10
• 代理公司: 廣州粵高專利商標代理有限公司44102
• 代理人: 何淑珍

技術領域

本發明涉及氣體水合物技術領域，具體涉及一種利用疏水改性泡沫金屬實現快速水合儲氣的方法。

背景技術

氣體水合物是由水分子與一系列的小分子氣體，如甲烷、乙烷、丙烷、二氧化碳、氫氣等，在低溫高壓的條件下形成的的一類非化學計量的晶體包絡物。其中，水分子作為主體分子，通過氫鍵作用構建多面體晶格網絡；氣體分子作為客體分子，進入至水分子籠中，通過氣體分子與水分子的相互作用（主要是范德華力）得以穩定維持該籠型結構，因而氣體水合物又稱籠型水合物。同時，在深海海底以及高原永久凍土層中均發現大量的氣體水合物藏，因而從儲存機理以及自然界中存在水合物藏的事實依據兩方面可知，水合物法氣體儲存技術是切實可行的。

水合物法氣體儲存技術具有以下幾項優點：1、氣體水合物具有較高的體積儲氣密度，據計算1 m³sI型水合物可儲存約180 m³甲烷氣；2、氣體水合物可實現在中低壓、冰點條件下儲氣，不需要提供液化儲氣法的超低溫環境以及壓縮儲氣法的高壓環境。在添加劑的存在下，氣體水合物的相平衡條件將向高溫低壓區移動，意味著儲氣過程更加容易進行；3、水合物法氣體儲存技術相對于常見儲存技術而言更加安全，當外界環境給予水合物熱刺激或是壓力刺激后，氣體水合物由于自保護效應可在一定程度上維持體系的穩定性；4、水合物法儲存氣體技術原料主要成分為純水，成本低且綠色環保。

水合物法氣體儲存技術的核心是快速合成氣體水合物。在常規氣體水合物合成過程中，高壓氣體接觸低溫液體的瞬間，氣液界面將形成一層水合物膜，增加了氣體擴散的傳質阻力；此外，儲氣介質內部容易積存水合熱，體系溫度升高不利于水合儲氣過程的快速進行。為了解決上述問題，目前常用的強化技術主要包括攪拌、噴射以及鼓泡等，然而外部機械設備的增加將提高儲氣過程成本及能耗。因而目前應重點發展靜態體系中甲烷水合物生成的強化技術。

純水體系中引入一系列添加劑如表面活性劑、氨基酸等可減少氣液兩相界面張力，同時增加甲烷氣在溶液中的溶解度。此外，部分學者報道在表面活性劑存在下形成粗糙非均一的水合物膜，甲烷氣仍可沿著膜間隙擴散至液相體系當中。因而得知在表面活性劑以及氨基酸等添加劑的存在下可有效強化靜態水合體系的傳質過程。

往靜態儲氣體系中引入泡沫金屬，液體填充至泡沫金屬內部孔隙中，水合過程進行時其內部積存的熱量可沿著導熱金屬骨架迅速導出至外部冷源中。對泡沫金屬表面進行疏水改性后，其表面潤濕程度降低，甲烷氣可沿著液固接觸面的縫隙而擴散入內部體系中，從而增加了氣液兩相的接觸程度，有效提高水合儲氣效率。

發明內容

本發明目的在于克服現有儲氣技術成本高、能耗高、儲氣效率地的缺點，提出了在靜態水合體系中引入疏水改性泡沫金屬作為儲氣介質。

多孔泡沫金屬可作為靜態水合體系的導熱骨架，可迅速將積存于體系內的水合熱移除，提高水合速率；疏水涂料的引入可使液體無法充分浸潤疏水改性泡沫金屬的表面，氣體分子可沿著液固接觸面的空隙進行擴散，即增加氣-液兩相接觸面積，縮短水合誘導時間，有效提高該靜態水合儲氣體系的儲氣速率及儲氣量。

本發明通過以下技術方案來實現。

一種利用疏水改性泡沫金屬實現快速水合儲氣的方法，將液相體系注入至疏水泡沫金屬內部孔隙中，得到疏水改性泡沫金屬加液相體系的儲氣介質，將儲氣介質置于氣體氛圍內，在壓力為3 ~ 30 MPa，溫度為0 ~ 20℃下，氣體在儲氣介質中生成水合物進行儲氣；所述氣體包括甲烷、乙烷、丙烷、氮氣、氧氣、一氧化碳或二氧化碳中的一種以上。

上述方法中，所述泡沫金屬包括泡沫鋁、泡沫銅或泡沫鎳中的一種以上。

上述方法中，所述泡沫金屬進行疏水處理，其表面涂覆上一層疏水涂層。

上述方法中，所述疏水涂層包括烷基硫醇、氟硅烷中的一種以上。

上述方法中，所述烷基硫醇包括烷基鏈上碳數為十至十八的長鏈烷基硫醇；所述氟硅烷包括含氟量在十一氟至十七氟，所述氟硅烷主鏈上碳數為八至十二的長鏈氟硅烷，所述氟硅烷的含氧基團為一至三個甲氧基或乙氧基。

上述方法中，所述液相體系包括純水、表面活性劑溶液、氨基酸溶液中的一種以上。

上述方法中，所述的表面活性劑溶液中的溶劑包括烷基鏈上碳數為十至十八的烷基硫酸鹽、烷基磺酸鹽或烷基苯磺酸鹽。

上述方法中，所述的氨基酸溶液中的氨基酸包括亮氨酸、異亮氨酸或苯丙氨酸及其衍生物。

上述方法中，所述液相體系中各類溶液質量濃度范圍為0.001wt% ~ 30wt%。