高吸水性大分子物質在水合物法分離混合氣體中的應用制造技術

本發明專利技術公開了高吸水性大分子物質在水合物法分離混合氣體中的應用，將高吸水性大分子物質添加在水合物法所用的水中，高吸水性大分子物質占高吸水性大分子物質和水總質量的０．００２％～１％。所述高吸水性大分子物質含有大量親水基團和交聯結構，其結構單元碳鏈是Ｃ２或Ｃ３，聚合度為２００～２０００，相對分子質量為２萬～２０萬。該高吸水性大分子物質可以促進水合物的形成，增大水合速率，增強分離效果；其使用劑量低，可以反復多次使用，并且效果穩定，經濟性非常突出；其高保水性，可以減少或者去掉干燥這一后續操作，使水合物法分離混合氣體操作更簡單，節省操作費用；同時，該高吸水性大分子物質具有生物可降解性，對環境友好。

【技術實現步驟摘要】

本專利技術涉及水合物法分離混合氣體
，尤其涉及高吸水性大分子物質在水合物法分離混合氣體中的應用。
技術介紹
水合物是水和客體分子在一定的壓力、溫度下形成的非化學計量的籠型物質。甲 烷、乙烷、丙烷、氫氣、氧氣、氮氣、二氧化碳、硫化氫等許多氣體都能與水形成水合物。氣體 水合物的研究是目前國內外的熱點研究之一。 不同的氣體組分生成水合物的壓力相差很大，如在ot:時，甲烷水合物生成的壓力高達2. 56MPa，而丙烷在常壓下即可生成水合物，因此通過形成水合物極易造成某些氣體組 分的分離。 目前常用的混合氣的分離方法有吸收法、變壓吸附、膜分離和低溫精餾等。吸收法 分離混合氣對吸收劑的選擇性要求較高，吸收劑的再生能耗大；變壓吸附法分離氣體，吸附 解吸頻繁，自動化要求高，且對氣體成分要求較高，材料耗損多；膜分離法雖然分離效率高， 但是其膜件損耗大，成本高，對氣體成分有嚴格要求，不適用于大量的混合氣的分離；低溫 精餾氣體需低溫操作，能耗高，成本高。 與以上幾種分離方法相比，水合物分離具有以下優點 (1)流程簡單，設備投資少。水合物分離有單級和多級兩種方式，分別如圖1和圖 2所示，氣體富集相和貧瘠相由氣體水合的難易程度決定，富集相如果為未水合的氣體，則 將未水合氣體進行第二次、第三次水合(如圖2a);富集相如果為水合相，則將水合物分解 后的氣體進行第二次、第三次水合(如圖2b); (2)對氣體成分純度要求較低，某些雜質氣體還能起到促進水合的作用；(3)操作條件可以在ot:以上，與低溫精餾相比，可以降低能耗； (4)可以實現大量混合氣的分離； (5)反應物為水、氣體和少量添加劑，對環境友好。 很多研究都采用了水合物法這種新型的分離技術，例如二氧化碳的捕獲、氫氣的提濃等。但是由于水合物的生成速率低，造成水合物的生產規模難以大幅度提高，而且水合物形成條件苛刻，分離效率不高，嚴重阻礙了水合物技術的應用和推廣。 高吸水性大分子物質的種類很多，按其原料來源可分為淀粉系(包括羧甲基化淀粉、磷酸酯化淀粉、淀粉黃原酸鹽等)、纖維素系(包括羧甲基化纖維素、羥丙基化纖維素、纖維接枝、黃原酸化纖維素等)、合成聚合物系(包括聚丙烯酸鹽類、聚乙烯醇類、聚氧化烷烴類、無機聚合物類等)、蛋白質系(包括大豆蛋白、谷蛋白類等)、其他天然物及其衍生物系(包括果膠、藻酸、殼聚糖等)以及共混物和復合物系，這些高吸水性大分子物質的親水性基團有羥基、羧基、酰胺基和磺酸基等，具有強吸水性和高保水性，其吸水量為自身質量的幾百倍至上千倍，吸水速度快，可在數秒內生成凝膠，并且保水性強，即使在受熱、加壓條件下也不易失水，對光、熱、酸堿的穩定性好，同時具有良好的生物降解性能。3 本專利技術提出了高吸水性大分子物質在水合物法分離氣體中的應用，來改善水合物 法的缺點和不足，以使水合物法得到廣泛應用。
技術實現思路
本專利技術的目的在于克服現有技術存在的上述不足，提供高吸水性大分子物質在水 合物法分離氣體中的應用，來改善水合物法的缺點和不足，以使水合物法得到廣泛應用。本 專利技術通過如下技術方案實現 高吸水性大分子物質在水合物法分離混合氣體中的應用，具體是將所述高吸水性 大分子物質添加在水合物法所用的水中，高吸水性大分子物質占高吸水性大分子物質和水 總質量的0. 002% 1%。 上述的高吸水性大分子物質在水合物法分離混合氣體中的應用中，所述高吸水性 大分子物質具有親水基團和交聯結構，其吸水量為自身質量的100 5000倍。 上述的高吸水性大分子物質在水合物法分離混合氣體中的應用中，所述親水性基 團包括羥基、羧基、酰胺基或磺酸基；高吸水性大分子物質的結構單元碳鏈是C2或C3，聚合 度為200 2000，相對分子質量為2萬 20萬。 上述的高吸水性大分子物質在水合物法分離混合氣體中的應用中，所述高吸水性 大分子物質為交聯的丙烯酸鈉鹽和丙烯酸的共聚物。 上述的高吸水性大分子物質在水合物法分離混合氣體中的應用中，高吸水性大分 子物質占高吸水性大分子物質和水總質量的0. 02% 0. 5%。 上述的高吸水性大分子物質在水合物法分離混合氣體中的應用中，水合物法中的 反應條件為0。C 10°C，5. 0 20. OMPa。 在水合物法分離混合氣體時，水分子被高吸水性大分子物質的親水基團吸引到其 周圍，形成了水分子簇，就容易形成水合物籠型結構中的五元環和六元環，這些環狀結構可 以誘導水合物形成，從而縮短了誘導期，促進了水合物的形成；其交聯結構增大參與水合的 水分子數量，增大了水合率，增強了分離效果。 由于吸水性大分子物質在水中形成的是凝膠，不溶于水，保水能力強，可以反復使 用；并且吸水性大分子物質在一定濃度時水合物分解的氣體中水分含量小，可以減少或者 去掉干燥這一后續操作。 本專利技術的用于水合物法分離混合氣體的高吸水性大分子物質的優點在于 (1)高吸水性大分子物質含有大量親水基團和交聯結構，水分子被吸引到親水基團周圍，形成了水分子簇，容易形成水合物籠型結構中的五元環和六元環，這些環狀結構可以誘導水合物形成，從而縮短了誘導期，促進了水合物的形成；其交聯結構增大參與水合的水分子數量，增大了水合率，增強了分離效果。 (2)高吸水性大分子物質使用劑量低，可以反復多次使用，并且效果穩定，經濟性 非常突出。 (3)由于高吸水性大分子物質的高保水性，可以減少或者去掉干燥這一后續操作， 使水合物法分離混合氣體操作更簡單，節省操作費用。 (4)本專利技術的高吸水性大分子物質具有強吸水性和高保水性，吸水速度快，可在數 秒內生成凝膠，并且保水性強，即使在受熱、加壓條件下也不易失水，對光、熱、酸堿的穩定性好，同時具有良好的生物降解性，對環境友好。 附圖說明 圖1為現有單級水合物分離混合氣體的原理示意圖。 圖2a為現有二級水合物分離混合氣體的原理示意圖，其中富集相為未水合的氣 體。 圖2b為現有二級水合物分離混合氣體的原理示意圖，其中富集相為水合相。 具體實施例方式下面對一種高吸水性大分子物質(交聯的丙烯酸鈉鹽和丙烯酸的共聚物，吸水能 力為500g水/g，由安徽華晶新材料有限公司提供，簡寫為SAP)應用于單級水合物法分離二 氧化碳-氮氣和氫氣-甲烷的實驗研究進行介紹，進一步詳細說明本專利技術的內容，但本專利技術 的實施方式并不限于此。 實驗1水合物法分離二氧化碳_氮氣實驗 本實驗系統主要包括反應器、控溫系統、測量系統和數據采集系統組成。反應器為 一帶有磁力攪拌的高壓反應釜；控溫系統主要是一低溫恒溫槽，控溫范圍為-90 9(TC，溫 度波動小于0. 05t:，可以將反應釜放入槽中控溫；測量系統由熱電阻和壓力變送器組成， 用于測量水合過程的溫度和壓力；數據采集系統由數據采集儀和電腦組成。用氣相色譜儀 分析水合前和水合后水合物相中氣體各組分的濃度。 對比例1 在反應釜中加入40mL蒸餾水，通入二氧化碳-氮氣的混合氣(C0219.9%， N280. 1%，摩爾百分數)使釜中壓力為10. OMPa，維持釜中溫度為Ot:左右，用熱電阻和壓力 傳感器分別測量水合過程的溫度和壓力。溫度上升，同時伴隨著壓力的驟降，表明了水合物 的形成。反應3h后壓力維持不變，說明水合完全。開始水合時間為37min，水合物相中C(^ 濃度為58. 1%本文檔來自技高網...

【技術保護點】
高吸水性大分子物質在水合物法分離混合氣體中的應用，其特征在于將所述高吸水性大分子物質添加在水合物法所用的水中，高吸水性大分子物質占高吸水性大分子物質和水總質量的０．００２％～１％。

【技術特征摘要】

【專利技術屬性】
技術研發人員：樊栓獅，龍飛，王燕鴻，郎雪梅，
申請(專利權)人：華南理工大學，
類型：發明
國別省市：81[中國|廣州]