利用瓦斯进行高岭土的分离提纯

瓦斯进行分离提纯

瓦斯水合物(minegashydrate)是小分子量瓦斯组分气体(CH4、C2H6、C3H8、C4H10和CO2等)与水在一定温度和压力条件下络合而成的一种类冰的、非化学计量的、笼形晶体化合物。瓦斯水合物可以在2〜6MPa、0〜10℃条件下生成，常压、-15〜-10℃条件下稳定储存;基于瓦斯水合物的结构特点及上述性质，可以利用瓦斯水合方法对低浓度瓦斯进行分离提纯。水合物快速稳定生成是瓦斯水合分离技术实现工业化应用的关键，添加表面活性剂和晶种是促进瓦斯水合物生成的主要手段。

吴强等(2009)研究了低浓度瓦斯在十二烷基硫酸钠(SDS)溶液及SDS-高岭土复配溶液中水合物生成情况，测定了水合物中CH4的浓度，考察了SDS和高岭土晶种对瓦斯水合物生成诱导时间、平均生成速率及CH4水合分离效果的影响，实验获取了低浓度瓦斯在4个体系中，即SDS质量分数为10.34%的SDS溶液及高岭土质量分数为1.47%、5.64%和8.23%的SDS-高岭土复配溶液中瓦斯水合物生成过程压力-温度-时间(p-T-t)曲线，利用气相色谱仪测定了分离产物中CH4的浓度。高岭土用途十分的广泛，结果表明，SDS和SDS-高岭土复配体系缩短了瓦斯水合物生成诱导时间，提高了瓦斯水合物生成速率。4个体系中，瓦斯水合物生成诱导时间较短为72min，平均生成速率非常大可达5.261×106m3/h;―级水合分离产物中CH4浓度比原料气提高了12.40%〜20.61%，在SDS-高岭土复配溶液中，瓦斯水合物分形生长，CH4提纯浓度理想可达58.41%。

研究表明，高岭土的加入促进了水合物晶体生长，使得水合物晶体中包含的CH4量增大，瓦斯水合分离效果更好。高岭土生产线比较复杂，正是因为如此，高岭土的作用才会如此的多，质量分数较高的SDS-高岭土体系可以使水合物晶体分形生长，水合物中CH4浓度更高。生成的水合物中CH4浓度比原料气分别提高20.61%和18.70%。同时发现水合物生成过程由晶体成核和生长两个阶段组成。水合物成核是由水分子及周围气体分子形成的小分子簇经历溶解、生长、再溶解过程达到临界尺寸而形成可继续生长的晶核的过程。晶核需要在过饱和溶液中才能形成，由于CH4在水中的溶解度很小，在静止的纯水体系中，仅气液接触面CH4分子才能达到水合物成核所需浓度，因此，水合物一般在气液接触面生成，而且生成速率非常缓慢。当加入表面活性剂SDS时，由于SDS具有亲水基和亲油基，亲油基可以携带CH4等气件分子进入溶液相，降低了溶液的表面张力，增大了CH4等气体分子在水中的溶解度。当SDS超过临界胶束浓度，SDS在溶液中以胶束的形式存在，增溶效果更好。由于SDS的增溶作用，使得CH4等气体在溶液中更快达到过饱和，从而加速了水合物的结晶过程。在实验中所观察到的SDS体系中水合物晶体颗粒首先在溶液中出现，进而在较短时间内整个溶液充满水合物固体等现象验证了这一机理。

水合物结晶成核方式又分为均相成核和非均相成核两种。非均相成核是水溶液中存在外来物质粒子干扰条件下的成核，从自由能的角度看，外来物质微粒在一定程度上可以降低成核势能，诱导晶核的产生，因此非均相成核可以在比均相成核低的过饱和度下发生。当SDS溶液中悬浮有高岭土微粒时，高岭土微粒促进了非均相成核，因此与SDS溶液相比，SDS-高岭土体系对水合物生成的促进作用更好。

-END-