本发明属于能源技术领域，涉及一种气体水合物促进剂及其在盐水淡化中的应用，尤其是海水淡化中的应用。
背景技术：
随着经济社会的发展，世界人口不断增加，人们对水的需求越来越大，而淡水资源日益匮乏。我国人均淡水资源量仅为2300立方米，是世界平均值的1/4，我国水资源在空间分布上南北分布极不均匀，在时间分布上春冬少夏季多，并存在对淡水资源的过度开采利用、淡水资源浪费、水资源污染严重等现象，制约了经济的发展和社会的进步。
海水淡化，即海水脱盐产生淡水。目前海水淡化的方法有蒸馏法、反渗透法、水合物法、溶剂萃取法和冰冻法等。其中蒸馏法和反渗透法因为技术发展较为成熟而在世界范围内被广泛应用。蒸馏法的主要工艺流程是将经过预处理的海水加热到所需要的温度后，使海水产生蒸汽，蒸汽进入冷却装置冷凝得到淡水。使用蒸馏法淡化海水，由于要使用专门的加热装置来加热海水，能耗大且成本高。反渗透法利用外源压力使经过预处理的海水透过复合膜，实现海水的淡化。由于需要回收反渗透法排出的高压浓盐水所含有的能量(占总能量消耗的70％以上)，反渗透工艺中需要专门的能量回收装置；为了保证复合膜的透过量以及延长复合膜的使用寿命，对进口海水的预处理要求高，并且要定期对复合膜进行清洗，工艺繁琐复杂。
根据水合物生成的排盐效应，在一定的温度和压力下，使用适合的水合物添加剂，形成水合物晶体，而海水中的氯、钠、镁等离子则一直存留在溶液中。水合物晶体经过分离、清洗和分解等步骤，最后得到符合要求的淡水。相对传统的海水淡化方法，水合物法淡化海水技术具有装置简单、能耗低等优点，但由于水合物技术在使用过程中存在动力学低、储气量不足等问题，增加了海水淡化的时间成本。
本发明拟提供一种气体水合物促进剂，解决水合物技术在使用过程中动力学低、诱导时间长、储气量不足等问题，操作流程简单，同时利用水合技术实现混合气体的分离和海水的淡化，提高能量利用率和淡水的产量，实现二氧化碳的资源化利用，降低大气中二氧化碳含量。
技术实现要素：
本发明的首要目的在于提供一种气体水合物促进剂，解决气体水合物技术在使用过程中动力学低，储气量不足等问题。
本发明的另一目的在于提供上述气体水合物促进剂在盐水淡化中的应用，同时结合co2捕捉技术，实现水合物在碳捕捉和海水淡化领域的联合应用。
本发明通过以下技术方案实现：
一种气体水合物促进剂，其活性成分为动力学促进剂和热力学稳定剂；所述气体水合物促进剂还包括水；具体由100质量份的水，0.01～3质量份的动力学促进剂，0.5～10质量份的热力学稳定剂均匀混合而成。
所述动力学促进剂为氨基酸，优选为甲硫氨酸，苯丙氨酸，色氨酸，缬氨酸，正缬氨酸，亮氨酸，正亮氨酸，异亮氨酸中的一种以上，更优选甲硫氨酸和色氨酸中的一种以上。
所述热力学稳定剂为四氢呋喃(thf)和环己烷(cp)中一种以上。
所述气体水合物促进剂在海水淡化和二氧化碳捕捉中的联合应用。
所述气体水合物促进剂在盐水淡化和二氧化碳捕捉中的应用，特别是海水淡化中的应用，具体包括如下步骤：
(1)预处理：采用盐水将动力学促进剂和热力学稳定剂配制成混合物溶液，将混合物溶液加入高压反应釜内，采用待分离气体，排空釜内空气；排空的时间为2min～5min；
(2)水合反应：低温下，向反应釜内通入高压待分离co2混合气体，反应一段时间，得到高储气密度的单一组分气体水合物；
(3)淡水收集与气体富集：将步骤(2)中所得的单一组分气体水合物从反应器中取出，在适当的温度和压力下，让其充分分解，分解后所得溶液即为含盐量较低的淡化水，而所得气体即为待分离co2混合气体中的单一气体组分。
步骤(2)水合反应原理为：混合气体中的不同组分形成水合物的温度和压力有所不同，根据混合气体中不同组分气体水合物相平衡条件曲线调控反应过程的温度和压力，使得一种组分形成水合物，而其它组分则仍保留在气体之中，从而得到单一组分气体水合物，达到混合气体分离的目的；
步骤(1)中所述混合溶液的盐度≥0.2％，优选为0.2～3.5％；
步骤(2)中所述co2混合气体为ch4-co2体系，co2-h2体系或co2-n2体系。
步骤(2)中所述低温为0～5℃；所述高压气体的压力为3～8兆帕；所述反应时间为1～10小时。
步骤(3)中所述温度和压力优选常温常压。
与现有技术相比，本发明具有如下优点及有益效果：
(1)本发明所采用氨基酸作为动力学促进剂，来源广泛，绿色环保，且能快速促进水合物的生成，co2气体储量高达351mgg-1(每g促进液能捕捉351mg的co2)；
(2)本发明采用thf等作为水合物形成稳定剂，在降低水合物形成条件的同时，能够提高气体水合物的稳定性，从而方便工业操作；
(3)本发明将海水淡化技术与co2捕捉技术相结合，利用co2在低压下能够快速形成水合物的特性实现两种应用领域的交叉。
附图说明
图1为实施例1～8、10以及对比例1～3中混合气体中各气体水合物相平衡曲线。
具体实施方式
下面结合实施例和附图对本发明作进一步详细的描述，但本发明的实施方式不限于此。
实施例1
本实施例采用质量分数为0.5％的甲硫氨酸与2％的thf的水溶液作为水合物促进剂，其中含盐量为2.0％。
水合物促进剂在盐水淡化和二氧化碳捕捉中的应用，具体包括如下步骤：
1)将0.5g甲硫氨酸，2gthf和97.5g盐水(2gnacl，95.5g水)均匀混合，得到混合溶液；
2)向高压反应釜(有效体积500ml)里加入100g上述混合溶液；
3)在273k温度下，向高压反应釜充入压力为5兆帕的混合气体(35％ch4，65％co2)，通过反应釜内压力的变化计算一定时间间隔混合气中co2的含量变化，结果如表1所示；取出气体水合物；
4)常温常压下，气体水合物自然分解，得到高纯度co2气体，收集分解后的水溶液，测量含盐量，结果如表1所示。
本实施例中混合气体中各气体(ch4和co2)水合物相平衡曲线如图1所示。
实施例2
本实施例采用质量分数为0.2％的甲硫氨酸与2％的thf的水溶液作为水合物促进剂，其中含盐量为2.0％。
水合物促进剂在盐水淡化和二氧化碳捕捉中的应用，具体包括如下步骤：
1)将0.2g甲硫氨酸，2gthf和97.8g盐水(2gnacl，95.8g水)均匀混合，得到混合溶液；
2)向高压反应釜(有效体积500ml)里加入100g上述混合溶液；
3)在273k温度下，向高压反应釜充入压力为5兆帕的混合气体(35％ch4，65％co2)，通过反应釜内压力的变化计算一定时间间隔混合气中co2的含量变化，结果如表1所示；
4)常温常压下，气体水合物自然分解，得到高纯度co2气体，收集分解后的水溶液，测量含盐量，结果如表1所示。
本实施例中混合气体中各气体(ch4和co2)水合物相平衡曲线如图1所示。
实施例3
本实施例采用质量分数为0.01％的甲硫氨酸与2％的thf的水溶液作为水合物促进剂，其中含盐量为2.0％。
水合物促进剂在盐水淡化和二氧化碳捕捉中的应用，具体包括如下步骤：
1)将0.01g甲硫氨酸，2gthf和97.99g盐水(2gnacl，95.99g水)均匀混合，得到混合溶液；
2)向高压反应釜(有效体积500ml)里加入100g上述溶液；
3)在273k温度下，向高压反应釜充入压力为5兆帕的混合气体(35％ch4，65％co2)，通过反应釜内压力的变化计算一定时间间隔混合气中co2的含量变化，结果如表1所示；
4)常温常压下，气体水合物自然分解，得到高纯度co2气体，收集分解后的水溶液，测量含盐量，结果如表1所示。
本实施例中混合气体中各气体(ch4和co2)水合物相平衡曲线如图1所示。
实施例4
本实施例采用质量分数为3％的甲硫氨酸与2％的thf的水溶液作为水合物促进剂，其中含盐量为2.0％。
水合物促进剂在盐水淡化和二氧化碳捕捉中的应用，具体包括如下步骤：
1)将3g甲硫氨酸，2gthf和95g盐水(2gnacl，93g水)均匀混合，得到混合溶液；
2)向高压反应釜(有效体积500ml)里加入100g上述溶液；
3)在273k温度下，向高压反应釜充入压力为5兆帕的混合气体(35％ch4，65％co2)，通过反应釜内压力的变化计算一定时间间隔混合气中co2的含量变化，结果如表1所示；
4)常温常压下，气体水合物自然分解，得到高纯度co2气体，收集分解后的水溶液，测量含盐量，结果如表1所示。
本实施例中混合气体中各气体(ch4和co2)水合物相平衡曲线如图1所示。
实施例5
本实施例采用质量分数为0.2％的甲硫氨酸与0.5％的thf的水溶液作为水合物促进剂，其中含盐量为2.0％。
水合物促进剂在盐水淡化和二氧化碳捕捉中的应用，具体包括如下步骤：
1)将0.2g甲硫氨酸，0.5gthf和99.3g盐水(2gnacl，97.3g水)均匀混合，得到混合溶液；
2)向高压反应釜(有效体积500ml)里加入100g上述溶液；
3)在273k温度下，向高压反应釜充入压力为5兆帕的混合气体(35％ch4，65％co2)，通过反应釜内压力的变化计算一定时间间隔混合气中co2的含量变化，结果如表1所示；
4)常温常压下，气体水合物自然分解，得到高纯度co2气体，收集分解后的水溶液，测量含盐量，结果如表1所示。
本实施例中混合气体中各气体(ch4和co2)水合物相平衡曲线如图1所示。
实施例6
本实施例采用质量分数为0.2％的甲硫氨酸与10％的thf的水溶液作为水合物促进剂，其中含盐量为2.0％。
水合物促进剂在盐水淡化和二氧化碳捕捉中的应用，具体包括如下步骤：
1)将0.2g甲硫氨酸，10gthf和89.8g盐水(2gnacl，87.8g水)均匀混合，得到混合溶液；
2)向高压反应釜(有效体积500ml)里加入100g上述溶液；
3)在278k温度下，向高压反应釜充入压力为5兆帕的混合气体(35％ch4，65％co2)，通过反应釜内压力的变化计算一定时间间隔混合气中co2的含量变化，结果如表1所示；
4)常温常压下，气体水合物自然分解，得到高纯度co2气体，收集分解后的水溶液，测量含盐量，结果如表1所示。
本实施例中混合气体中各气体(ch4和co2)水合物相平衡曲线如图1所示。
实施例7
本实施例采用质量分数为0.2％的甲硫氨酸与2％的thf的水溶液作为水合物促进剂，其中含盐量为0.2％。
水合物促进剂在盐水淡化和二氧化碳捕捉中的应用，具体包括如下步骤：
1)将0.2g甲硫氨酸，2gthf和97.5g盐水(0.2gnacl，97.6g水)均匀混合，得到混合溶液；
2)向高压反应釜(有效体积500ml)里加入100g上述溶液；
3)在276k温度下，向高压反应釜充入压力为5兆帕的混合气体(35％ch4，65％co2)，通过反应釜内压力的变化计算一定时间间隔混合气中co2的含量变化，结果如表1所示；
4)常温常压下，气体水合物自然分解，得到高纯度co2气体，收集分解后的水溶液，测量含盐量，结果如表1所示。
本实施例中混合气体中各气体(ch4和co2)水合物相平衡曲线如图1所示。
实施例8
本实施例采用质量分数为0.2％的甲硫氨酸与2％的thf的水溶液作为水合物促进剂，其中含盐量为0.2％。
水合物促进剂在盐水淡化和二氧化碳捕捉中的应用，具体包括如下步骤：
1)将0.2g甲硫氨酸，2gthf和97.8g盐水(0.2gnacl，97.6g水)均匀混合，得到混合溶液；
2)向高压反应釜(有效体积500ml)里加入100g上述溶液；
3)在273k温度下，向高压反应釜充入压力为3兆帕的混合气体(35％ch4，65％co2)，通过反应釜内压力的变化计算一定时间间隔混合气中co2的含量变化，结果如表1所示；
4)常温常压下，气体水合物自然分解，得到高纯度co2气体，收集分解后的水溶液，测量含盐量，结果如表1所示。
本实施例中混合气体中各气体(ch4和co2)水合物相平衡曲线如图1所示。
实施例9
本实施例采用质量分数为0.2％的甲硫氨酸与2％的thf的水溶液作为水合物促进剂，其中含盐量为0.2％。
水合物促进剂在盐水淡化和二氧化碳捕捉中的应用，具体包括如下步骤：
1)将0.2g甲硫氨酸，2gthf和97.8g盐水(0.2gnacl，97.6g水)均匀混合，得到混合溶液；
2)向高压反应釜(有效体积500ml)里加入100g上述溶液；
3)在273k温度下，向高压反应釜充入压力为3.3兆帕的混合气体(60％h2，40％co2)，通过反应釜内压力的变化计算一定时间间隔混合气中co2的含量变化，结果如表1所示；
4)常温常压下，气体水合物自然分解，得到高纯度co2气体，收集分解后的水溶液，测量含盐量，结果如表1所示。
实施例10
本实施例采用质量分数为0.2％的色氨酸与5％的cp的水溶液作为水合物促进剂，其中含盐量为1％。
水合物促进剂在盐水淡化和二氧化碳捕捉中的应用，具体包括如下步骤：
1)将0.2g色氨酸，5gthf和98.6g盐水(1gnacl，97.6g水)均匀混合，得到混合溶液；
2)向高压反应釜(有效体积500ml)里加入100g上述溶液；
3)在273k温度下，向高压反应釜充入压力为3.3兆帕的混合气体(30％n2，70％co2)，通过反应釜内压力的变化计算一定时间间隔混合气中co2的含量变化，结果如表1所示；
4)常温常压下，气体水合物自然分解，得到高纯度co2气体，收集分解后的水溶液，测量含盐量，结果如表1所示。
本实施例中混合气体中各气体(n2和co2)水合物相平衡曲线如图1所示。
对比例1
本对比例采用质量分数为0.2％的甲硫氨酸，含盐量为2.0％的水溶液作为水合物促进剂。
水合物促进剂在盐水淡化和二氧化碳捕捉中的应用，具体包括如下步骤：
1)将0.2g色氨酸和99.8g盐水(2gnacl，97.8g水)均匀混合，得到混合溶液；
2)向高压反应釜(有效体积500ml)里加入100g上述溶液；
3)在273k温度下，向高压反应釜充入压力为3.3兆帕的混合气体(35％ch4，65％co2)，通过反应釜内压力的变化计算一定时间间隔混合气中co2的含量变化，结果如表1所示；
4)常温常压下，气体水合物自然分解，得到高纯度co2气体，收集分解后的水溶液，测量含盐量，结果如表1所示。
本实施例中混合气体中各气体(ch4和co2)水合物相平衡曲线如图1所示。
对比例2
本实施例采用2％的thf，含盐量为2％的水溶液作为水合物促进剂。
水合物促进剂在盐水淡化和二氧化碳捕捉中的应用，具体包括如下步骤：
1)将2gthf和98g盐水(2gnacl，96g水)均匀混合，得到混合溶液；
2)向高压反应釜(有效体积500ml)里加入100g上述溶液；
3)在273k温度下，向高压反应釜充入压力为3.3兆帕的混合气体(30％n2，70％co2)，通过反应釜内压力的变化计算一定时间间隔混合气中co2的含量变化，结果如表1所示；
4)常温常压下，气体水合物自然分解，得到高纯度co2气体，收集分解后的水溶液，测量含盐量，结果如表1所示。
本实施例中混合气体中各气体(n2和co2)水合物相平衡曲线如图1所示。
对比例3
本实施例不加入任何水合物促进剂，只采用含盐量为2.0％的盐水。
盐水在盐水淡化和二氧化碳捕捉中的应用，具体包括如下步骤：
1)将2gnacl和98g水均匀混合得到盐水；
2)向高压反应釜(有效体积500ml)里加入100g上述盐水；
3)在273k温度下，向高压反应釜充入压力为5兆帕的混合气体(35％ch4，65％co2)，通过反应釜内压力的变化计算一定时间间隔混合气中co2的含量变化，结果如表1所示；
4)常温常压下，气体水合物自然分解，得到高纯度co2气体，收集分解后的水溶液，测量含盐量，结果如表1所示。
本实施例中混合气体中各气体(ch4和co2)水合物相平衡曲线如图1所示。
表1混合气分离提纯结果
关于调控水合反应的温度和压力说明：
在通入高压混合气体时水合反应的温度和压力是根据混合气体中各气体水合物相平衡曲线来进行调控的，通过调控水合反应过程中的温度和压力，使得一种组分形成水合物，而其它组分则仍保留在气体之中，从而得到单一组分气体水合物。
以ch4-co2体系为例，如实施例1中提到，273k下，5mpa的混合气(35％ch4和65％co2),也就是说ch4分压1.75mpa，co2分压为3.25mpa，在这种条件下，结合以下两者水合物的相平衡曲线(如图1所示)，可知，273k,ch4分压为1.75mpa＜平衡时分压2.5～2.6mpa，此时甲烷水合物不能形成，而co2分压3.25mpa高于273k时的平衡分压，co2水合物可以形成。
上述实施例为本发明较佳的实施方式，但本发明的实施方式并不受上述实施例的限制，其它的任何未背离本发明的精神实质与原理下所作的改变、修饰、替代、组合、简化，均应为等效的置换方式，都包含在本发明的保护范围之内。