工程科学学报.第43卷，第1期：33-46.2021年1月 Chinese Journal of Engineering,Vol.43,No.1:33-46,January 2021 https://doi.org/10.13374/j.issn2095-9389.2020.07.06.004;http://cje.ustb.edu.cn 水合物法分离气体的促进剂及促进机理研究进展 王兰云12，，谢辉龙，卢晓冉，徐永亮2，，王燕2,3)，李瑶2)，魏建平12) 1)河南理工大学安全科学与工程学院.焦作4540032)河南省瓦斯地质与瓦斯治理重点实验室一省部共建国家重点实验室培育基地，焦 作4540033)煤炭安全生产与清洁高效利用省部共建协同创新中心.焦作454003 区通信作者，E-mail:xylcumt@hpu.edu.cn 摘要目前添加促进剂后水合物形成机理并无统一定论，本文详细阐述了气体水合物形成的降低表面张力理论、临界胶束 理论、毛细效应理论、模板效应理论和表面疏水效应理论等促进机理，综述了传统促进剂(THF、CP、SDS)、生物环保型促进 剂（氨基酸、淀粉），尤其是离子液体在气体水合物形成相平衡实验、动力学规律和促进机理方面的应用研究进展，阐述了离 子液体半笼型水合促进剂在混合气体分离方面的研究现状，指出应从促进剂结构性质及其在水相中的聚集形态人手，研究促 进剂-气体-水之间的分子间作用力，建立各类气体水合物促进剂的筛选体系. 关键词水合物：气体分离：离子液体：促进机理：促进剂 分类号TQ028.8 Research progress of promoters and promoting mechanisms for hydrate-based gas separation WANG Lan-yun2.XIE Hui-long,LU Xiao-ran,XU Yong-liang WANG Yan2,LI Yao2),WEI Jian-ping 23) 1)College of Safety Science and Engineering,Henan Polytechnic University,Jiaozuo 454003,China 2)State Key Laboratory Cultivation Base for Gas Geology and Gas Control,Henan Polytechnic University,Jiaozuo 454003,China 3)State Collaborative Innovation Center of Coal Work Safety and Clean-efficiency Utilization,Jiaozuo 454003,China Corresponding author,E-mail:xylcumt@hpu.edu.cn ABSTRACT Unconventional natural gas is a type of high-quality clean energy,which often contains some gases as impurities that cause reductions in its combustion heat value and utilization efficiency.Therefore,developing gas separation technologies to remove or separate these impurity gases and concentrate methane content is necessary.As a newly emerging gas separation technology,hydrate- based gas separation technology currently requires exploration on ways to greatly increase hydration rate to promote its industrial application.Screening green and environmentally-friendly promoters has become a research hotspot in recent decades.Amino acids, starch,and other biological substances have attracted much attention owing to their wide accessibility and environmental protection. lonic liquids(ILs),which are a new type of lowly volatile and recyclable solvents,exhibit excellent performance in promoting gas hydrates formation and growth.Furthermore,ILs exhibit adjustable and controllable structures,which make them potential promoters in hydrate-based gas separation.Presently,no universally recognized theory on hydrate formation mechanism exists for various promoters. In this paper,different promotion mechanisms of gas hydration were described and discussed in detail,which included surface tension reduction theory,critical micelle theory,capillary effect theory,template effect theory,and surface hydrophobic effect theory.Both traditional promoters(e.g.,THF,CP,and SDS)and bio-environmental promoters (e.g.,amino acids and starch)were reviewed in the 收稿日期：2020-07-06 基金项目：国家自然科学基金资助项目(51874124.52074108)：中国博士后科学基金特别资助项目(2018T110725):河南理工大学杰出青年 基金资助项目(J2019-5):河南省高等院校重点科研资助项目(19A440009)水合物法分离气体的促进剂及促进机理研究进展 王兰云1,2,3)，谢辉龙1)，卢晓冉1)，徐永亮1,2,3) 苣，王    燕1,2,3)，李    瑶1,2,3)，魏建平1,2,3) 1) 河南理工大学安全科学与工程学院，焦作 454003    2) 河南省瓦斯地质与瓦斯治理重点实验室—省部共建国家重点实验室培育基地，焦 作 454003    3) 煤炭安全生产与清洁高效利用省部共建协同创新中心，焦作 454003 苣通信作者，E-mail：xylcumt@hpu.edu.cn 摘    要    目前添加促进剂后水合物形成机理并无统一定论，本文详细阐述了气体水合物形成的降低表面张力理论、临界胶束 理论、毛细效应理论、模板效应理论和表面疏水效应理论等促进机理，综述了传统促进剂（THF、CP、SDS）、生物环保型促进 剂（氨基酸、淀粉），尤其是离子液体在气体水合物形成相平衡实验、动力学规律和促进机理方面的应用研究进展，阐述了离 子液体半笼型水合促进剂在混合气体分离方面的研究现状，指出应从促进剂结构性质及其在水相中的聚集形态入手，研究促 进剂−气体−水之间的分子间作用力，建立各类气体水合物促进剂的筛选体系. 关键词    水合物；气体分离；离子液体；促进机理；促进剂 分类号    TQ028.8 Research  progress  of  promoters  and  promoting  mechanisms  for  hydrate-based  gas separation WANG Lan-yun1,2,3) ，XIE Hui-long1) ，LU Xiao-ran1) ，XU Yong-liang1,2,3) 苣 ，WANG Yan1,2,3) ，LI Yao1,2,3) ，WEI Jian-ping1,2,3) 1) College of Safety Science and Engineering, Henan Polytechnic University, Jiaozuo 454003, China 2) State Key Laboratory Cultivation Base for Gas Geology and Gas Control, Henan Polytechnic University, Jiaozuo 454003, China 3) State Collaborative Innovation Center of Coal Work Safety and Clean-efficiency Utilization, Jiaozuo 454003, China 苣 Corresponding author, E-mail: xylcumt@hpu.edu.cn ABSTRACT    Unconventional natural gas is a type of high-quality clean energy, which often contains some gases as impurities that cause reductions in its combustion heat value and utilization efficiency. Therefore, developing gas separation technologies to remove or separate these impurity gases and concentrate methane content is necessary. As a newly emerging gas separation technology, hydrate￾based  gas  separation  technology  currently  requires  exploration  on  ways  to  greatly  increase  hydration  rate  to  promote  its  industrial application.  Screening  green  and  environmentally-friendly  promoters  has  become  a  research  hotspot  in  recent  decades.  Amino  acids, starch,  and  other  biological  substances  have  attracted  much  attention  owing  to  their  wide  accessibility  and  environmental  protection. Ionic  liquids  (ILs),  which  are  a  new  type  of  lowly  volatile  and  recyclable  solvents,  exhibit  excellent  performance  in  promoting  gas hydrates formation and growth. Furthermore, ILs exhibit adjustable and controllable structures, which make them potential promoters in hydrate-based gas separation. Presently, no universally recognized theory on hydrate formation mechanism exists for various promoters. In this paper, different promotion mechanisms of gas hydration were described and discussed in detail, which included surface tension reduction  theory,  critical  micelle  theory,  capillary  effect  theory,  template  effect  theory,  and  surface  hydrophobic  effect  theory.  Both traditional promoters (e.g., THF, CP, and SDS) and bio-environmental promoters (e.g., amino acids and starch) were reviewed in the 收稿日期: 2020−07−06 基金项目: 国家自然科学基金资助项目（51874124，52074108）；中国博士后科学基金特别资助项目（2018T110725）；河南理工大学杰出青年 基金资助项目（J2019-5）；河南省高等院校重点科研资助项目（19A440009） 工程科学学报，第 43 卷，第 1 期：33−46，2021 年 1 月 Chinese Journal of Engineering, Vol. 43, No. 1: 33−46, January 2021 https://doi.org/10.13374/j.issn2095-9389.2020.07.06.004; http://cje.ustb.edu.cn