专利名称：一种储存和捕集二氧化碳气体的混合物的制作方法
技术领域：
本发明属于二氧化碳储存与捕集领域，具体涉及一种促进二氧化碳水合物形成的 混合物。
背景技术：
二氧化碳作为温室气体的主要成分越来越受到关注，是减排的主要对象。我国以 煤炭为主要能源的结构，导致二氧化碳的排放量随着经济的发展大幅度上升，已成为年二 氧化碳排放量最多的国家之一，控制二氧化碳排放所受到的环境和国际压力越来越大。实 现温室气体二氧化碳减排的方法主要有节能减排，通过技术的改进与发展，提高能源利用 率，减少能源消耗总量，降低二氧化碳实际排放量；利用可再生能源(如太阳能、风能等)，减 少化石能源的消耗；对燃料燃烧产生的二氧化碳进行捕集处理，降低直接排放到大气中的 二氧化碳。捕集的二氧化碳除部分被作为碳资源利用外，趋于的二氧化碳要进行再处理和 储存，防止其扩散到大气中造成温室效应。从工厂排放的烟气中捕集二氧化碳的方法主要有基于化学吸收、吸附、膜分离等 方法，水合物捕集分离二氧化碳是近年来研究的二氧化碳分离新方法。但由于二氧化碳在 水中的溶解度小，二氧化碳水合物形成速度慢、结晶诱导时间长，水合物形成条件比较苛刻 (二氧化碳水合法以其不造成二次污染、经济可行性强等优点受到越来越多的关注，但是由 于在形成二氧化碳水合物的条件苛刻，需要低温高压等条件，例如，0摄氏度时，二氧化碳生 成水合物的压力为1. 26MPa)，二氧化碳水合物的形成通常在相界面形成，造成后续的水合 物生长难，生成的水合物中含水率高，而且水合物的生长具有不确定性。因此，需要研究一种可以使二氧化碳水合物更容易、更快形成的方法。
发明内容
本发明的目的是提供一种储存和捕集二氧化碳气体的混合物，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气体。为达到上述目的，本发明采用的技术方案是一种储存和捕集二氧化碳气体的混 合物，所述混合物包括水，还包括3_20%的环戊烷、1-10%的碳纤维、0. 3-8%表面活性剂、 1-6%的助表面活性剂，所述百分数表示质量分数，以混合物的质量为100% ；其中，所述表面 活性剂选自全氟聚醚碳酸铵(PFPE-NH4)、2-乙基己基琥珀酸酯磺酸钠(AOT)、氟碳表面活 性剂、聚乙二醇三甲基壬基醚；助表面活性剂选自乙醇、氟代戊醇、正丁醇、正戊醇或异戊 醇；所述氟碳表面活性剂可选自杜邦公司生产的商品名为Zonyl FS-62的阴离子磺酸型 氟碳表面活性剂或杜邦公司生产的商品名为Zonyl FSP的表面活性剂。上述技术方案中，所述碳纤维为现有技术中的材料，直径1至40微米；在原子层面 的碳纤维跟石墨很相近，是由一层层以六角型排列的碳原子所构成，层间连结是不规则的， 一般碳纤维的密度为1750 kg/m3。优选的技术方案中，所述储存和捕集二氧化碳气体的混合物由下述组分构成质量分数5-10%的环戊烷、质量分数3-5%的碳纤维、质量分数5-6%表面活性剂、质量分数 2-4%的助表面活性剂；其中以混合物的质量为100%。实际应用时，将上述混合物充分混合便可储存和捕集二氧化碳，高效的形成二氧 化碳水合物；具体地，二氧化碳水合物可在l_4MPa和O-ICTC条件下形成。因此，本发明同时要求保护上述混合物在l-4MPa、0-10°C下储存和捕集二氧化碳 气体，形成二氧化碳水合物的应用。具体地，应用上述混合物储存和捕集二氧化碳的方法为在0-10°C下，将l_4MPa 的二氧化碳气体通入混合物中至少5分钟以形成二氧化碳水合物。由于上述技术方案运用，本发明与现有技术相比具有下列优点
1.与传统的纯水体系中二氧化碳水合物形成相比，本发明所述混合物通过在相变体 系中增加了低压水合介质环戊烷，降低二氧化碳形成水合物所需的压力，利用表面活性剂 增溶和乳化作用，增加了水合介质间的接触面，同时利用碳纤维的高导热特性，促进水合物 形成过程中传质传递，提高水合物生长速度，降低水合物形成过冷温度和结晶引导时间。2.由于本发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时候， 通过强化二氧化碳水合物形成体系的气-液-固相间的传递与扩散，加强相变过程中的热 质传递，提高水合物生长的推动力，因此缩短二氧化碳水合物结晶成核时间，提高水合物的 生长速度。
具体实施例方式下面结合实施例对本发明作进一步描述 实施例一
首先把质量百分比分别为10%、3%和5%的环戊烷、碳纤维、全氟聚醚碳酸铵与水组成混 合物，取该种混合物300ml加入到抽真空后的不锈钢反应釜中，反应釜的容积为500ml。开 启搅拌装置，充分搅拌。启动制冷装置，使反应釜内的温度控制在3 °C。向反应釜注入二氧化 碳气体，直至压力达到2. 5MPa。水合物形成过程为定容过程，在10分钟内形成水合物，水合 物形成结束时，二氧化碳的压降在1-1. 3MPa之间(典型的三次实验的压降分别为1. 3MPa、 1. IMP和IMPa)；在相同的压力、温度条件下的纯水二氧化碳体系水合物的生成时间在1. 5 小时左右，水合物形成结束时，二氧化碳的最大压降为0. 4MPa ；因此，本实施例提供的混合 物体系中二氧化碳的压力下降幅度比相同压力、温度条件下纯水体系二氧化碳的压力下降 幅度增加150%以上，说明本实施例提供的混合物的介质减少了水合物反应时间度，并促进 二氧化碳在该体系中的吸收。实施例二
首先把质量百分比分别为8%、3%和6%的环戊烷、碳纤维、聚乙二醇-2，6，8-三甲 基-4-壬醚与水组成混合物，取该种混合物300ml加入到抽真空后的不锈钢反应釜中，反 应釜的容积为500ml。开启搅拌装置，充分搅拌。启动制冷装置，使反应釜内的温度控制在 10°C。向反应釜注入二氧化碳气体，直至压力达到4MPa。水合物形成过程为定容过程，水合 物在15分钟内形成。在相同压力和温度条件下，纯水体系二氧化碳不能形成水合物，说明 本实施例提供的混合物的介质降低了水合物形成压力，促进二氧化碳在该体系中形成水合 物。
实施例三
首先把质量百分比分别为5% 、5%、5%和3%的环戊烷、碳纤维、全氟聚醚碳酸铵、乙醇与 水组成混合物，取该种混合物300ml加入到抽真空后的不锈钢反应釜中，反应釜的容积为 500ml。开启搅拌装置，充分搅拌。启动制冷装置，使反应釜内的温度控制在2°C。向反应釜 注入二氧化碳气体，直至压力达到2MPa。水合物形成过程为定容过程，在15分钟内形成水 合物，水合物形成结束时，二氧化碳的压降在0. 6-0. SMPa之间(典型的两次实验的压降分 别为0. 6IMPa和0. 78MPa)；在相同的压力、温度条件下的纯水二氧化碳体系水合物的生成 时间在1. 5小时左右，水合物形成结束时，二氧化碳的最大压降为0. 2MPa，本实施例提供的 混合物体系中二氧化碳的压力下降幅度比相同压力、温度条件下纯水体系二氧化碳的压力 下降幅度增加200%以上，说明本实施例提供的混合物的介质减少了水合物反应时间，并促 进二氧化碳在该体系中的吸收。
权利要求
1.一种储存和捕集二氧化碳气体的混合物，所述混合物包括水，其特征在于，所述混合 物还包括3-20%的环戊烷、1-10%的碳纤维、0. 3-8%表面活性剂、1-6%的助表面活性剂，所 述百分数表示质量分数，以混合物的质量为100%;其中，所述表面活性剂选自全氟聚醚碳 酸铵、2-乙基己基琥珀酸酯磺酸钠、氟碳表面活性剂、聚乙二醇三甲基壬基醚；助表面活性 剂选自乙醇、氟代戊醇、正丁醇、正戊醇或异戊醇。
2.根据权利要求1所述储存和捕集二氧化碳气体的混合物，其特征在于，所述混合物 由下述组分构成质量分数5-10%的环戊烷、质量分数3-5%的碳纤维、质量分数5-6%表面 活性剂、质量分数2-4%的助表面活性剂；其中以混合物的质量为100%。
3.权利要求1或2所述混合物在l-4MPa、0-l(TC下储存和捕集二氧化碳气体，形成二 氧化碳水合物的应用。
全文摘要
本发明属于二氧化碳储存与捕集领域，具体涉及一种促进二氧化碳水合物形成的混合物。所述混合物包括水，其特征在于，所述混合物还包括3-20%的环戊烷、1-10%的碳纤维、0.3-8%表面活性剂、1-6%的助表面活性剂，所述百分数表示质量分数，以混合物的质量为100%；其中，所述表面活性剂选自全氟聚醚碳酸铵、2-乙基己基琥珀酸酯磺酸钠、氟碳表面活性剂、聚乙二醇三甲基壬基醚；助表面活性剂选自乙醇、氟代戊醇、正丁醇、正戊醇或异戊醇。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气体。
文档编号B01D53/14GK102091505SQ20111000689
公开日2011年6月15日 申请日期2011年1月13日 优先权日2011年1月13日
发明者孙志高 申请人:苏州科技学院