本發(fā)明屬于煤層氣提純，具體涉及一類利用水合物生成動(dòng)力學(xué)促進(jìn)劑與熱力學(xué)促進(jìn)劑構(gòu)成的組合物，及利用該組合物實(shí)現(xiàn)煤層氣中甲烷分離的方法。

背景技術(shù)：

1、煤層氣是一種賦存在煤層中以甲烷為主要成分的煤的伴生礦產(chǎn)資源，屬非常規(guī)天然氣。煤層氣主要采用井下抽采方式，過程中常常與空氣混合，其中甲烷含量低于30%則稱為低濃度煤層氣，其由于熱值較低無法滿足利用的需求所以常直接排放到大氣中。在百年尺度下甲烷的全球增溫潛勢(shì)是二氧化碳的27.9倍，所以直接排放會(huì)導(dǎo)致資源的浪費(fèi)還會(huì)帶來環(huán)境問題。低濃度煤層氣中的主要雜質(zhì)為氮?dú)?，由于氮?dú)夥悬c(diǎn)、極化率和動(dòng)力學(xué)尺寸等均與甲烷相似，所以低濃度煤層氣中甲烷的提純成為煤層氣利用的難點(diǎn)。目前常用的低溫蒸餾、膜分離和變壓吸附等方法，由于能耗高、安全性差和操作復(fù)雜等方面的問題未得到廣泛應(yīng)用。而基于水合物的煤層氣分離技術(shù)因其在上述方面的優(yōu)點(diǎn)而具有良好的應(yīng)用前景。

2、氣體水合物是氣體分子與水分子在高壓、低溫條件下形成的結(jié)晶狀籠形化合物。水合物分離煤層氣的原理基于甲烷水合物和氮?dú)馑衔镌谙嗥胶鈼l件下具有明顯的壓力差異。在適當(dāng)?shù)膲毫ο拢淄榉肿訒?huì)被水合物的籠狀結(jié)構(gòu)所包裹，而氮?dú)夥肿觿t會(huì)留存在氣相中，因而可通過將氣相與水合物相進(jìn)行分離，再通過水合物的分解過程可以獲得純度較高的甲烷氣體。目前水合物的發(fā)展主要受制于較為苛刻的形成條件和較為緩慢的形成速度，因此目前主要研究集中于熱力學(xué)研究和動(dòng)力學(xué)研究。

3、熱力學(xué)研究主要集中于利用不同的熱力學(xué)促進(jìn)劑來降低反應(yīng)所需的相平衡條件。因此，當(dāng)前的動(dòng)力學(xué)研究主要集中在提高的水合物形成速率。由于水合物反應(yīng)速率通常較為緩慢，這導(dǎo)致了分離效率的降低，并且較長(zhǎng)的反應(yīng)時(shí)間也會(huì)增加能源消耗，因此，動(dòng)力學(xué)研究是其重中之重。提高水合物形成速率包括機(jī)械方法和化學(xué)方法。機(jī)械方法是通過攪拌、鼓泡、噴霧等方法來增加氣液接觸面積，從而使得水合物形成表現(xiàn)出更快的反應(yīng)速率；而化學(xué)方法是通過向溶液中添加水合物動(dòng)力學(xué)促進(jìn)劑來加強(qiáng)反應(yīng)，這些促進(jìn)劑會(huì)改變氣液界面界面性質(zhì)從而加速反應(yīng)。但是目前常用的動(dòng)力學(xué)促進(jìn)劑存在對(duì)于環(huán)境的不利影響，所以仍需尋找一種高效環(huán)保的促進(jìn)劑來強(qiáng)化水合物的形成。

4、n-酰基氨基酸型表面活性劑是一種氨基酸表面活性劑，通常呈白色粉末狀。作為一種以生物質(zhì)為基礎(chǔ)的表面活性劑，其原料來源廣泛，對(duì)生物體的毒副作用較小，且能夠迅速而安全地降解。本發(fā)明采用n-酰基氨基酸型表面活性劑作為煤層氣分離的動(dòng)力學(xué)促進(jìn)促進(jìn)劑，與水合物生成熱力學(xué)促進(jìn)劑構(gòu)成組合物，可顯著提高水合物的形成效率，增強(qiáng)分離效果，為煤層氣分離提供了一種環(huán)保、低耗、安全的途徑和方案，具有良好的應(yīng)用前景。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路

1、本發(fā)明的目的在于提供一種用于水合物法分離煤層氣中甲烷的組合物，及利用該組合物實(shí)現(xiàn)煤層氣中甲烷分離的方法。

2、為實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采用如下技術(shù)方案：

3、本發(fā)明的目的之一是保護(hù)一種用于水合物法分離煤層氣中甲烷的組合物，其由水合物生成動(dòng)力學(xué)促進(jìn)劑和水合物生成熱力學(xué)促進(jìn)劑構(gòu)成。

4、進(jìn)一步地，所述水合物生成動(dòng)力學(xué)促進(jìn)劑為n-?；被嵝捅砻婊钚詣?，其結(jié)構(gòu)通式如下：

5、，

6、其中，r選自月桂?；?、椰油?；?、油酸基中的一種；r1、r2獨(dú)立選自谷氨酸、甘氨酸、丙氨酸、肌氨酸中的一種。

7、進(jìn)一步地，所述水合物生成熱力學(xué)促進(jìn)劑為四氫呋喃、環(huán)戊烷、1,3-二氧戊環(huán)中的至少一種。

8、進(jìn)一步地，所用水合物生成動(dòng)力學(xué)促進(jìn)劑與水合物生成熱力學(xué)促進(jìn)劑的質(zhì)量比為1:176-1:3935。

9、本發(fā)明的目的之二是保護(hù)一種利用所述組合物分離煤層氣中甲烷的方法，其是將煤層氣、水與所述組合物混合，并在混合過程中通過控制壓力和溫度使煤層氣中的甲烷與水形成煤層氣水合物，之后分離并收集生成的煤層氣水合物，再使其分解獲得甲烷。

10、進(jìn)一步地，溶液中組合物的用量按其中水合物生成動(dòng)力學(xué)促進(jìn)劑的濃度為50ppm-1000?ppm進(jìn)行換算。

11、進(jìn)一步地，所述煤層氣中的甲烷含量為20%~90%。

12、進(jìn)一步地，煤層氣水合物形成過程中采用的壓力范圍為3?mpa-5?mpa，溫度為0-20℃。

13、進(jìn)一步地，煤層氣水合物的形成時(shí)間為1-24小時(shí)。

14、傳統(tǒng)煤層氣分離存在著能耗高、效率低、環(huán)境污染等問題，本發(fā)明提供了一種高效、安全、無污染的水合物促進(jìn)劑組合物，其使用低劑量即可使得水合物形成速率大幅度提高，同時(shí)可以通過水合物分離技術(shù)實(shí)現(xiàn)對(duì)煤層氣中甲烷的高效分離。n-酰基氨基酸型表面活性劑作為一種安全可靠的生物基材料，其所具有的增溶效果可以提高水相中氣體的溶解度，同時(shí)其對(duì)于水相的表面張力的改變，使得水合物生長(zhǎng)過程中氣液界面能夠更好傳質(zhì)，有利于水合物初期的成核以及水合物晶體的生長(zhǎng)，對(duì)水合物的生成效率具有較好的提升效果。因此，通過將n-酰基氨基酸型表面活性劑與水合物生成熱力學(xué)促進(jìn)劑組成組合物，可在高壓低溫條件下明顯提高煤層氣水合物的生成速度，并能夠獲得更高的甲烷回收率。

15、與傳統(tǒng)的分離方法和常用的水合物促進(jìn)劑相比，本發(fā)明具有以下優(yōu)點(diǎn)：

16、（1）能耗低：相較于傳統(tǒng)的分離方法，水合物分離技術(shù)能夠有效降低能源消耗，從而降低生產(chǎn)成本。

17、（2）分離效率高：n-?；被嵝捅砻婊钚詣┑募尤胩嵘怂衔镄纬蛇^程的動(dòng)力學(xué)效率，顯著減少了水合物形成的誘導(dǎo)時(shí)間和生長(zhǎng)階段的時(shí)間，同時(shí)可增強(qiáng)水合物對(duì)甲烷的選擇性，提高甲烷的分離效率，從而提升了煤層氣的純度和經(jīng)濟(jì)價(jià)值。

18、（3）環(huán)境友好：本發(fā)明采用的n-?；被嵝捅砻婊钚詣┚哂袕V泛的來源，并且具有良好的生物降解性，對(duì)環(huán)境的影響較小，符合可持續(xù)發(fā)展的要求。

19、（4）操作簡(jiǎn)便：本發(fā)明利用水合物分離煤層氣的方法操作簡(jiǎn)單，避免了復(fù)雜的設(shè)備和繁瑣的操作流程，更加適用于工業(yè)化生產(chǎn)，對(duì)回收低濃度煤層氣、優(yōu)化能源結(jié)構(gòu)和減少溫室氣體排放具有重要的現(xiàn)實(shí)意義。

技術(shù)特征：

1.一種用于水合物法分離煤層氣中甲烷的組合物，其特征在于，該組合物由水合物生成動(dòng)力學(xué)促進(jìn)劑和水合物生成熱力學(xué)促進(jìn)劑構(gòu)成；

2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的組合物，其特征在于，所用水合物生成動(dòng)力學(xué)促進(jìn)劑與水合物生成熱力學(xué)促進(jìn)劑的質(zhì)量比為1:176-1:3935。

3.一種利用權(quán)利要求1所述組合物分離煤層氣中甲烷的方法，其特征在于，將水與所述組合物配制成溶液，然后將該溶液與煤層氣混合，并在混合過程中通過控制壓力和溫度使煤層氣中的甲烷與水形成煤層氣水合物，之后分離并收集生成的煤層氣水合物，再使其分解獲得甲烷。

4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的方法，其特征在于，溶液中組合物的用量按其中水合物生成動(dòng)力學(xué)促進(jìn)劑的濃度為50?ppm-1000?ppm進(jìn)行換算。

5.根據(jù)權(quán)利要求3所述的方法，其特征在于，所述煤層氣中的甲烷含量為20%~90%。

6.根據(jù)權(quán)利要求3所述的方法，其特征在于，煤層氣水合物形成過程中采用的壓力范圍為3?mpa-5?mpa，溫度為0-20℃。

7.根據(jù)權(quán)利要求3所述的方法，其特征在于，煤層氣水合物的形成時(shí)間為1-24小時(shí)。

技術(shù)總結(jié)
本發(fā)明公開了一種用于水合物法分離煤層氣中甲烷的組合物，該組合物由水合物生成動(dòng)力學(xué)促進(jìn)劑和水合物生成熱力學(xué)促進(jìn)劑構(gòu)成，其中所述水合物生成動(dòng)力學(xué)促進(jìn)劑為N?酰基氨基酸型表面活性劑，所述水合物生成熱力學(xué)促進(jìn)劑為四氫呋喃、環(huán)戊烷、1,3?二氧戊環(huán)中的至少一種。本發(fā)明利用N??；被嵝捅砻婊钚詣┳鳛樗衔锷蓜?dòng)力學(xué)促進(jìn)劑，與熱力學(xué)促進(jìn)劑配合成的組合物可在低溫高壓下促進(jìn)煤層氣水合物的快速生成，顯著縮短煤層氣水合物形成的誘導(dǎo)時(shí)間，增強(qiáng)煤層氣的分離效果，具有良好的應(yīng)用前景。

技術(shù)研發(fā)人員：穆亮,朱小海,賴錦濤,曾紀(jì)廣
受保護(hù)的技術(shù)使用者：福州大學(xué)
技術(shù)研發(fā)日：
技術(shù)公布日：2024/12/30