纳米空间内气体水合物的应用研究

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1、纳米空间内气体水合物的应用研究StudiesonGasHydrateApplicationsinNanoSpace一级学科：化学工程与工艺学科专业：化学工程作者姓名：刘佳指导教师：周理教授天津大学化工学院二零壹二年五月独创性声明本人声明所呈交的学位论文是本人在导师指导下进行的研究工作和取得的研究成果，除了文中特别加以标注和致谢之处外，论文中不包含其他人已经发表或撰写过的研究成果，也不包含为获得天津大学或其他教育机构的学位或证书而使用过的材料。与我一同工作的同志对本研究所做的任何贡献均已在论文中作了明确的说

2、明并表示了谢意。学位论文作者签名：签字日期：年月日学位论文版权使用授权书本学位论文作者完全了解天津大学有关保留、使用学位论文的规定。特授权天津大学可以将学位论文的全部或部分内容编入有关数据库进行检索，并采用影印、缩印或扫描等复制手段保存、汇编以供查阅和借阅。同意学校向国家有关部门或机构送交论文的复印件和磁盘。（保密的学位论文在解密后适用本授权说明）学位论文作者签名：导师签名：签字日期：年月日签字日期：年月日中文摘要气体水合物，作为种重要的笼型化合物，具有其独特的性质。随着这门学科的不断发展，气体水合物理论

3、得到不断的丰富。目前人们已经开始将气体水合物应用到各化工领域当中。在这些应用当中，最具有代表性的便是油气领域的天然气存储。天然气作为一种清洁可再生能源，其在能源结构中的比例日益加大，传统的储运方式的不足日益显露。天然气水合物（NGH）存储方法一直以来作为比较有前途的新型储运方式，吸引了研究学者的广泛注意。利用多孔介质实现在纳米空间内进行的天然气湿储（WNG），克服了NGH以往的缺点，提高了天然气水合物的生成速率，微尺度下更有利于水合物分解，使充放气速度得到提升。采用此法，降低了存储压力，节约了储运成本。本

4、文通过分析甲烷在多孔材料内生长情况，确立了最适于天然气湿储的孔径范围是1.6nm-3nm。基于此结果，本文尝试采用多种活化方法，最终发现，孔内水活化法可以对材料孔径进行较好的2控制，并制得适用于天然气存储的材料WAC-4，其表面积高达3456m/g，其1.6nm-3nm处孔容高达0.97ml/g。WAC-4湿炭上甲烷最高重量储量可达64%，在充放气实验中，10MPa下其最甲烷体积储量为202V/V（STP)。N2/CH4分离一直以来是吸附界的难题，我国目前加大了对煤层气页岩气的开发利用，对氮气甲烷高效分离

5、技术的需求更为迫切。纳米空间内水合物法分离氮甲烷是一种新的尝试，文中通过添加四氢呋喃，降低了两种气体的水合物生成压力，使水合物法和变压吸附工艺结合成为可能。实验表明，在多孔物质内添加四氢呋喃溶液，甲烷水合物生成压力降到0.35MPa，氮气水合物生成压力降为1.5MPa，利用两者生成压力的明显差异，采用变压吸附的工艺，对浓度56.65%的原料气进行富集。在不同操作压力下得到最高富集浓度为75%。通过分析显示，在纳米尺度空间内，由于水合物尺寸极小，水合物笼型结构一旦生成，氮气甲烷分子均可进入笼内。故此法不宜用

6、于N2/CH4分离乙烯作为唯一可在超临界区域内生成气体水合物的物质，其有着更为独特的应用领域，如超临界水合物萃取，本文对纳米空间内乙烯水合物进行了系统的研究，发现乙烯水合物在多孔炭材料上有着独特的水合物生成行为。乙烯在孔内生成气体水合物可分两步完成，首先是乙烯分子进入大笼内，构成水合物晶体，在压力足够大的时候，乙烯分子开始填充进小笼，而材料的孔径对水合物的这种行为有着重要的影响。随着孔径的增加，这种分步形成的现象，变得模糊，最终消失。CO2作为温室气体，其填埋一直是个重要的课题，以多孔硅胶模拟海地硅酸盐环

7、境，研究CO2水合物的生成行为有着重要的意义。本文考察了三种硅胶上CO2水合物的生成行为，发现孔径对CO2水合物的生成有着重要的影响，当孔径过大时，水合物很难生成。关键词：纳米空间，气体水合物，活性炭，甲烷湿储，乙烯水合物，氮气甲烷分离，二氧化碳水合物AbstractThegashydrate,animportantclatheratecompound.Alongwithitsdevelopment,thegashydratetheoryobtainsrich.Atpresentpeoplealready

8、startedtoapplythegashydrateinmanychemicalindustryareas.Thegashydratehasmanyapplication,inwhichnaturalgasstorageisrepresentatively.Thenaturalgastakeonekindofcleanrenewableenergy,thetraditionalstorageandtransportwayis