技术领域
本发明涉及油气工业技术领域，具体涉及一种水合物抑制剂及其应用。
背景技术
气体分子的水合物是一种由小分子气体和水在低温高压下形成的类似于冰或雪状的笼型固体物质，在气体分子的水合物中，水分子之间形成笼，气体分子利用与水分子之间的范德华力填充于笼中，气体分子和水分子之间没有固定的化学计量关系。天然气水合物则是由天然气中某些组分和水形成的一种气体分子的水合物，天然气水合物在天然气技术领域中备受关注，主要涉及到三个方面：其一，天然气水合物的形成和聚积容易堵塞管道，如何防止水合物堵塞油气输送管道已成为一个重要的研究方向；其二，天然气水合物资源量巨大，可作为潜在的非常规能源；其三，随着气体分子的水合物相关的衍生技术涉及的领域越来越广，对于天然气储运、气体混合物分离、海水淡化、污水处理、溶液浓缩、空调蓄冷等领域的研究前景也极为广阔。天然气水合物堵塞油气输送管道，轻则会影响生产，重则会产生安全事故，因此，抑制天然气水合物的形成对于天然气运输具有重要意义。同样地，对于其他不需要生成水合物时，通常需要抑制水合物的生成。
通过添加水合物抑制剂是抑制水合物生成的一种重要方式，现有技术中，报道了多种不同的水合物抑制剂，如传统方法中采用的热力学抑制剂甲醇、乙二醇等物质，此类抑制剂通过改变气体分子的水合物生成的热力学条件来避免和抑制气体分子的水合物的生成，虽然有一定的效果，然而因用量较大(通常需添加水相的20％～50％左右)，导致成本极高。目前，国内外对水合物抑制剂的研究方向主要倾向于开发低剂量的水合物抑制剂，包括动力学抑制剂和防聚剂，但由于抑制活性有限等原因现有技术中的水合物抑制剂基本上难以实现工业应用。因此，开发一种适用工业应用且成本低的新型低剂量水合物抑制剂对防止水合物堵塞油气输送管道具有重要意义。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是：提供一种工业应用性强且成本低的水合物抑制剂及其应用。
为了解决上述技术问题，本发明采用的技术方案为：一种水合物抑制剂，所述水合物抑制剂包括分子式为C7H11O9NS2K-R的硫苷类化合物，所述R为烃基或烃基衍生物。
进一步地，所述水合物抑制剂包括硫苷和/或硫苷衍生物。
优选地，所述水合物抑制剂为硫苷。
优选地，所述硫苷从菜籽粕中提取得到。
本发明还包括上述水合物抑制剂在抑制水合物形成中的应用。
进一步地，所述应用包括在以液相和/或气相为水合物形成体系中的应用。
进一步地，所述液相为水相和油相的两相混合体系或单一的水相，所述水相中的水可以是去离子水、蒸馏水、自来水或工业用水中的一种或多种。
优选地，所述液相为水相和油相的两相混合体系时，所述油相为含有一种或多种烃类化合物的混合物；优选地，所述烃类化合物选自碳原子数为7-30的直链或支链烷烃；更优选地，所述油相为柴油、汽油、凝析油和原油中的一种或多种；更优选地，所述油相为柴油。
进一步地，所述水合物包括液体分子的水合物、固体分子的水合物和/或气体分子的水合物，所述气体分子的水合物中的气体包括甲烷、乙烷、二氧化碳中的一种或多种；所述液体分子的水合物中的液体包括环戊烷和/或四氢呋喃；所述固体分子的水合物中的固体为四丁基溴化铵(Tetrabutyl ammonium bromide，TBAB)。
优选地，所述水合物抑制剂在应用时相对于体系中水的质量浓度为0.01％～5％。
进一步地，所述水合物抑制剂应用时温度为-20～100℃，压力为0～100.0MPa；优选地，所述温度为-20～20℃，压力为0.1～20MPa。
进一步地，所述应用包括以下步骤：将所述水合物抑制剂配制成含水合物抑制剂的混合液，将所述含水合物抑制剂的混合液预先添加到水合物形成体系的容器中。
进一步地，所述含水合物抑制剂的混合液为溶液或悬浊液或乳浊液。
进一步地，若所述水合物为气体分子的水合物时，所述应用包括以下步骤：将所述气体分子通入含水合物抑制剂的混合液中；
若所述水合物为液体分子的水合物时，所述应用包括以下步骤：将水合物抑制剂按比例混入液体分子中，抑制水合物形成。
具体地，气体分子的水合物所述水合物为气体分子的水合物时，所述应用包括以下步骤：将所述水合物抑制剂配制成含水合物抑制剂的混合液添加到反应釜中，再通入气体。
本发明的有益效果在于：本发明提供了一种新的植物提取型水合物抑制剂，创造性的使用硫苷类化合物作为水合物抑制剂，该类化合物中表面活性高、生态安全性、生物相容性好；该抑制剂能够有效地抑制水合物的形成过程，具有高效、低耗、稳定、经济等优点。
附图说明
图1为本发明实施例的抑制作用评价反应装置的结构示意图；
图2为本发明实施例1的温度压力曲线图。
标号说明：
1、温度传感器I；2、温度传感器II；3、压力传感器；4、气瓶；5、电源；6、磁力搅拌器；7、水浴；8、水浴进水阀；9、进液阀；10、排气阀；11、水浴出水阀；12、可视窗；13、排液阀；14、进气阀；15、三通阀；16、数据采集系统。
具体实施方式
为详细说明本发明的技术内容、所实现目的及效果，以下结合实施方式并配合附图予以说明。
本发明最关键的构思在于：本发明创造性的使用硫苷类化合物作为水合物抑制剂，该类化合物中表面活性高、生态安全性、生物相容性好，硫苷类化合物中带有羟基等亲水基羟基中的氧原子能与水分子形成氢键，从而阻止了其他化合物与水分子接触。
所述的硫苷的结构式如下：
一种水合物抑制剂，所述水合物抑制剂包括分子式为C7H11O9NS2K-R的硫苷类化合物，所述R为烃基或烃基衍生物。
从上述描述可知，本发明的有益效果在于：本发明提供了一种新的植物提取型水合物抑制剂，创造性的使用硫苷类化合物作为水合物抑制剂，该类化合物中表面活性高、生态安全性、生物相容性好；该抑制剂能够有效地抑制水合物的形成过程，具有高效、低耗、稳定、经济等优点。
进一步地，所述水合物抑制剂包括硫苷和/或硫苷衍生物。
优选地，所述水合物抑制剂为硫苷。
优选地，所述硫苷从菜籽粕中提取得到。
从上述描述可知，本发明的有益效果在于：作为水合物抑制剂的硫苷可以直接从菜籽粕中提取得到，由于硫甙会引起动物甲状腺肿大、甲状腺素分泌紊乱和肝脏肿大等从而影响生长发育和生产性能，因此，将菜籽粕作为动物饲料时，通常需要将菜籽粕中硫苷除去，若将其用作水合物抑制剂，则可变废为宝，提升经济效益。
本发明还包括上述水合物抑制剂在抑制水合物形成中的应用。
进一步地，所述应用包括在以液相和/或气相为水合物形成体系中的应用。
进一步地，所述液相为水相和油相的两相混合体系或单一的水相。
优选地，所述液相为水相和油相的两相混合体系时，所述油相为含有一种或多种烃类化合物的混合物；优选地，所述烃类化合物选自碳原子数为7-30的直链或支链烷烃；更优选地，所述油相为柴油、汽油、凝析油和原油中的一种或多种。
进一步地，所述水合物包括液体分子的水合物、固体分子的水合物和/或气体分子的水合物，所述气体分子的水合物中的气体包括甲烷、乙烷、二氧化碳中的一种或多种；所述液体分子的水合物中的液体包括环戊烷和/或四氢呋喃；所述固体分子的水合物中的固体为四丁基溴化铵(Tetrabutyl ammonium bromide，TBAB)。
从上述描述可知，本发明的有益效果在于：本发明方案对于以气体、液体或固体为客体分子的水合物形成体系均可适用。
优选地，所述水合物抑制剂在应用时相对于体系中水的质量浓度为0.01％～5％。
从上述描述可知，本发明的有益效果在于：本发明方案的水合物抑制剂，仅需添加0.01％～5％即可得到良好的抑制效果。
进一步地，所述水合物抑制剂应用时温度为-20～100℃，压力为0～100.0MPa；优选地，所述温度为-20～20℃，压力为0.1～20MPa。
从上述描述可知，本发明的有益效果在于：本发明方案可适用于抑制-20℃的水合物形成体系，适用范围广。
进一步地，所述应用包括以下步骤：将所述水合物抑制剂配制成含水合物抑制剂的混合液，将所述含水合物抑制剂的混合液预先添加到水合物形成体系的容器中。
进一步地，所述含水合物抑制剂的混合液为溶液或悬浊液或乳浊液。
进一步地，若所述水合物为气体分子的水合物时，所述应用包括以下步骤：将所述气体分子通入含水合物抑制剂的混合液中；
若所述水合物为液体分子的水合物时，所述应用包括以下步骤：将水合物抑制剂按比例混入液体分子中，抑制水合物形成。
具体地，气体分子的水合物所述水合物为气体分子的水合物时，所述应用包括以下步骤：将所述水合物抑制剂配制成含水合物抑制剂的混合液添加到反应釜中，再通入气体。
本发明的实施例一为：利用如图1所示的装置，动态评估本发明方案的水合物抑制剂抑制(从菜籽粕中提取得到的硫苷)在甲烷主体水体系水合物形成过程实验。实验分为三组，一组是甲烷在不加硫苷的主体水相水合物形成过程，另一组是甲烷在分别加入0.01％硫苷的主体水相水合物形成过程。
不加硫苷的主体水相体积为200ml，将水注入高压反应釜，打开恒温水浴系统，待高压反应釜内达到1℃，对高压反应釜进行抽真空，通入甲烷气体，实验初始压力为8MPa左右，开启高压反应釜内搅拌器，转速为1000rpm，同时开始计时，通过可视窗观察水合物是否形成。
配制质量分数为0.01％的硫苷水溶液200ml，将配制的硫苷水溶液注入高压反应釜，打开恒温水浴系统，待高压反应釜内达到1℃，对高压反应釜进行抽真空，通入甲烷气体，实验初始压力为8MPa左右，开启高压反应釜内搅拌器，转速为1000rpm，同时开始计时，通过可视窗观察水合物形成。两组实验压力随时间变化曲线如图2所示。由图2可以看出，在相同初始条件下，加入硫苷后，压力下降过程明显缓于未加入添加剂的纯水体系，说明了硫苷对水合物的形成过程起到了抑制。
本发明实施例二为：一种水合物抑制剂在抑制气体分子的水合物形成中的应用，其与实施例一的区别仅在于：所述硫苷水溶液中的浓度为5％，结果表明添加有5％的硫苷中的压力下降幅度不仅明显缓于未加入硫苷的纯水体系，而且明显缓于添加0.01％的硫苷溶液的反应体系。
本发明的实施例三为：一种水合物抑制剂在抑制水合物形成中的应用，其与实施例一的区别仅在于：应用过程中高压反应釜内温度为-20℃，所述硫苷水溶液的浓度为2.5％，结果表明添加有2.5％的硫苷中的压力下降幅度不仅明显缓于未加入硫苷的纯水体系，而且明显缓于添加0.01％的硫苷溶液的反应体系。
本发明中图1所示装置，包括外壳、磁力搅拌器6和高压反应釜，所述外壳上设有可视窗12用于观察高压反应釜内水合物形成状况；所述磁力搅拌器6与所述高压反应釜相连，用于对高压反应釜内的物料进行搅拌混匀；所述磁力搅拌器6与外设电源5相连；所述高压反应釜与外壳间设有水浴7，通过所述水浴7实现对高压反应釜的温度控制；所述外壳上设有水浴进水阀8和水浴出水阀11，通过水浴进水阀8和水浴出水阀11控制水浴7中的水量；高压反应釜内设有温度传感器I 1和温度传感器II 2，通过所述温度传感器I 1和温度传感器II 2对高压反应釜内的温度进行监测；所述高压反应釜上还设有进气阀14、排气阀10、进液阀9和排液阀13，通过所述进气阀14、排气阀10、进液阀9和排液阀13的开合控制反应体系内物料；所述进气阀14通过进气管道与外设气瓶4相连，所述进气管道上设有三通阀15，所述三通阀15与一压力传感器3相连；所述温度传感器I 1、温度传感器II 2及压力传感器3均与外设数据采集系统16相连。
该装置用于评价本发明方案抑制剂对水合物形成的抑制作用过程如下：
若为水体系，则将配制好的溶液注入可视高压反应釜中，将高压反应釜以及所有联接的管线与接口抽真空，排除高压反应釜、管线等的空气。设定水浴温度，当高压反应釜内温度达到实验温度时，保持高压反应釜内温度稳定，并向高压反应釜内通入甲烷等气体，达到实验压力后停止进气，开启搅拌(1000～1200r/min)，实验数据可通过数据采集系统进行采集，可以结合可视窗观察与压力曲线判断水合物生成。
若为水和油多液相体系，刚将配好的的溶液再加一定体积的油一起注入可视高压反应釜中，后面实验步骤与水体系水合物形成过程的操作相同。
综上所述，本发明提供的一种水合物抑制剂及其应用，该抑制剂具有良好的抑制效果、使用量少且经济环保。
以上所述仅为本发明的实施例，并非因此限制本发明的专利范围，凡是利用本发明说明书及附图内容所作的等同变换，或直接或间接运用在相关的技术领域，均同理包括在本发明的专利保护范围内。