一种CO2水合物生成的促进方法及CO2封存量的计算方法技术

本发明专利技术公开了一种CO2水合物的生成促进方法及CO2封存量的计算方法，所述生成促进方法包括如下步骤：(1)将促进剂溶液与CO2加入反应器内密封；其中，所述促进剂溶液由如下百分比浓度的各组分构成：动力学促进剂：0.05

【技术实现步骤摘要】
一种CO2水合物生成的促进方法及CO2封存量的计算方法


[0001]本专利技术涉及气体水合物、CO2地质封存、低碳清洁环保
，特别是涉及一种CO2水合物生成的促进方法及CO2封存量的计算方法。

技术介绍

[0002]CO2水合物是一种类冰状的晶体化合物，由水分子通过氢键结合构成笼型主体，CO2气体分子通过分子间作用力填充在笼中。CO2水合物在碳捕获、利用与封存技术(Carbon capture，utilization and storage，CCUS)中表现出巨大的潜力，具体表现为较高的储气能力，安全性和可持续性。在CO2海底封存技术中，以CO2水合物的方式进行封存相较于溶解法和液态CO2封存法，在稳定性上具有明显的优势，首先海底低温、高压的环境可为CO2水合物提供适宜的形成条件，其次海底沉积物中相对密封的特点可以使CO2水合物长时间稳定保存。海底广阔的水合物靶区理论上可以长期稳定封存大量的CO2，但是CO2水合物生成动力学较为缓慢，热力学条件(尤其是海水体系中)相对苛刻导致水合物转化率较低，封存效率低下。
[0003]解决上述问题的关键是开发出高效的CO2水合物促进剂。CO2水合物促进剂包括动力学促进剂和热力学促进剂两大类，其中动力学促进剂是指不能改变CO2水合物相平衡条件，但是能够降低水合物形成诱导时间，加快水合物生成速率的物质，CO2水合物热力学促进剂是指可以参与水合物生成，使水合物的生成条件向高温低压(更温和的生成条件)方向移动的物质。目前应用于CO2水合物动力学促进剂的物质主要有表面活性剂(如十二烷基硫酸钠)、氨基酸、纳米流体等，应用于CO2水合物热力学促进剂的物质主要有四氢呋喃、环戊烷、1,3
‑
二氧戊烷等物质。
[0004]最常用的表面活性剂类动力学促进剂如十二烷基硫酸钠，在CO2水合物促进效果上具有较大的争议，不同的生成条件及反应设备等情况下对CO2水合物的促进效果具有明显的差异，并且十二烷基硫酸钠等表面活性剂具有高泡性、难降解性、环境有害性等问题，限制了其实际应用。纳米流体促进剂制作成本较大，且其作为非均相促进剂，存在稳定性差等问题。氨基酸如蛋氨酸、亮氨酸等，作为一种新型环保型CO2水合物促进剂，具有无毒无污染易降解等特点，并且具有高效的促进效果而具有广阔的应用前景，但是氨基酸单独作为促进剂使用时存在CO2水合物生成诱导时间较长，储气能力不理想等问题。
[0005]热力学促进剂在化学计量比浓度条件下可以明显的改善水合物生成温压条件，但是较高浓度热力学促进剂的使用势必造成较为严重的环境污染，而且一般情况下高浓度热力学促进剂只针对于相对高温、低压的工况条件，而海底环境一般具有较高的压力条件和相对适宜的温度条件，因此较高浓度的热力学促进剂在海底环境中不是理想的选择。
[0006]需要说明的是，在上述
技术介绍
部分公开的信息仅用于对本申请的背景的理解，因此可以包括不构成对本领域普通技术人员已知的现有技术的信息。

技术实现思路

[0007]为了弥补上述现有技术的不足，本专利技术提供一种CO2水合物生成的促进方法及CO2封存量的计算方法。
[0008]为达到上述目的，本申请采用如下技术方案：
[0009]第一方面，提供了一种CO2水合物生成的促进方法，包括如下步骤：(1)将促进剂溶液与CO2加入反应器内密封；其中，所述促进剂溶液由如下百分比浓度的各组分构成：动力学促进剂：0.05
‑
1.0wt％；热力学促进剂：大于等于0.05mol％且小于2.0mol％；以及水：余量；(2)在预设条件下进行CO2水合物反应，生成CO2水合物，其经过两步反应：第一步：热力学促进剂与CO2形成sII型CO2‑
THP水合物；第二步：所述第一步生成的sII型CO2‑
THP水合物为sI型CO2水合物生成提供成核位点，生成sI型CO2水合物。
[0010]第二方面，提供了一种CO2封存量的计算方法，采用上述第一方面的促进方法生成CO2水合物，所述计算方法包括如下步骤：
[0011]S1、每隔预定时间间隔记录CO2水合物生成过程中的压力和温度；
[0012]S2、将第二步的sI型CO2水合物开始生成时作为计算的初始时刻，其中，初始时刻及后续各个时刻的压力为P
i
和温度为T
i
；
[0013]S3、对于每个时刻，采用下述公式计算得到气相中CO2的物质的量溶解的CO2的物质的量水合物相中CO2的物质的量
[0014][0015]其中，根据下述公式计算初始时刻气相中CO2的物质的量初始时刻溶解的CO2的物质的量初始时刻反应器中总的CO2的物质的量为n
总
，初始加入反应器中的水的物质的量n
w,1
，以及初始加入反应器中的热力学促进剂的物质的量n
THP1
：
[0016][0017]其中，Z
i
表示根据状态方程计算的P
i
、T
i
条件下的CO2压缩因子；X
i
表示根据亨利定律计算的CO2在P
i
、T
i
条件下的溶解度；R表示通用气体常数；m
w,1
表示初始加入反应器中的水的质量；m
THP,1
表示初始加入反应器中的热力学促进剂的质量；V1表示初始通入反应器中CO2的气相体积；M
THP
表示对应使用的热力学促进剂的分子质量；
[0018]S4、从初始时刻，即从i＝1开始，判断热力学促进剂的物质的量n
THP,i
与0的大小；
[0019]S5、当n
THP,i
＞0时，根据下述公式计算下一时刻，即第i+1时刻的水的物质的量n
w,i+1
、热力学促进剂的物质的量m
THP,i+1
和反应器中CO2的气相体积V
i+1
：
[0020]V
i+1
＝V1[0021]其中，N
h2
是sII型CO2‑
THP水合物的水合数；
[0022]S6、将步骤S5得到的第i+1时刻得到的n
w,i+1
，V
i+1
，分别记录为n
wx
,V
x
，n
hx
；
[0023]S7、令i＝i+1，重复步骤S3
‑
S6，直到判断n
THP,i
≤0时，进行步骤S8；
[0024]S8、根据下述公式将第i+1时刻的水的物质的量、热力学促进剂的物质的量和气相体积分别计算为：
[0025][0026][0027]其中N
h1
是sI型CO2水合物的水合数，ρ
w,i
表示相应温度和压力下水的密度，ρ
sI
表示sI型CO2水合物的密度，n
wx
,V<本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种CO2水合物生成的促进方法，其特征在于，包括如下步骤：(1)将促进剂溶液与CO2加入反应器内密封；其中，所述促进剂溶液由如下百分比浓度的各组分构成：动力学促进剂：0.05
‑
1.0wt％；热力学促进剂：大于等于0.05mol％且小于2.0mol％；以及水：余量；(2)在预设条件下进行CO2水合物反应，生成CO2水合物，其经过两步反应：第一步：热力学促进剂与CO2形成sII型CO2‑
THP水合物；第二步：所述第一步生成的sII型CO2‑
THP水合物为sI型CO2水合物生成提供成核位点，生成sI型CO2水合物。2.如权利要求1所述的促进方法，其特征在于：所述动力学促进剂为氨基酸。3.如权利要求2所述的促进方法，其特征在于：所述氨基酸为蛋氨酸、色氨酸、亮氨酸、缬氨酸、半胱氨酸、异亮氨酸中的一种。4.如权利要求3所述的促进方法，其特征在于：所述氨基酸为蛋氨酸。5.如权利要求1所述的促进方法，其特征在于：所述热力学促进剂为四氢呋喃、1,3
‑
二氧戊烷、环戊烷中的一种。6.如权利要求5所述的促进方法，其特征在于：所述热力学促进剂为四氢呋喃。7.如权利要求1所述的促进方法，其特征在于：所述促进剂溶液由如下百分比浓度的各组分构成：蛋氨酸0.05
‑
1.0wt％；四氢呋喃：大于等于0.05mol％且小于2.0mol％；以及水：余量。8.如权利要求1所述的促进方法，其特征在于：所述步骤(1)包括：将促进剂溶液加入反应器内，在预定的恒定温度下，通入CO2至预定压力后密封反应器，使CO2充分溶解，待压力稳定后则认为溶液达到饱和溶解状态；其中，所述恒定温度和所述预定压力低于sII型CO2‑
THP水合物的相平衡曲线下的相应温度和压力；所述步骤(2)包括：对所述反应器进行降温至预设温度，在降温过程中反应器内的温度压力条件先后满足sII型CO2‑
THP水合物和sI型CO2水合物相平衡条件，生成CO2水合物，当最终反应器内压力保持恒定不变时，认为整个CO2水合物生成过程结束。9.一种CO2封存量的计算方法，其特征在于，采用权利要求1
‑
8任一所述的促进方法生成CO2水合物，所述计算方法包括如下步骤：S1、每隔预定时间间隔记录CO2水合物生成过程中的压力和温度；S2、将第二步的sI型CO2水合物开始生成时作为计算的初始时刻，其中，初始时刻及后续各个时刻的压力为P
i
和温度为T
i
；S3、对于每个时刻，采用下述公式计算得到气相中CO2的物质的量溶解的CO2的物质的量水合物相中CO2的物质的量的物质的量其中，根据下述公式计算初始时刻气相中CO2的物质的量初始时刻溶解的CO2的物质的量初始时刻反应器中总的CO2的物质的量为n
总
，...

【专利技术属性】
技术研发人员：殷振元，刘学健，李艳，黄海林，
申请(专利权)人：清华大学深圳国际研究生院，
类型：发明
国别省市：