h型水合物生成过程研究

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1、H型水合物生成过程研究摘要本论文在恒容恒压条件下，根据水合物的相平衡条件设置4、6、8三个不同的过冷度，来研究不同的过冷度对含大分子烷烃和甲烷体系的H型水合物生成过程的影响，包括诱导时间、生成速率、储气量。实验结果表明，过冷度越大，水合物生成的诱导时间越短；环庚酮H型水合物的反应速率相比较环庚烷、环辛烷是最快的，且储气效果最佳。关键词大分子烷烃，H型水合物，生成速率，诱导时间，储气量0前言基金项目：国家自然科学基金资助项目（y301041001），国家自然科学基金（41374149）气体水合物又称为笼型水合物，是由主体分子（水分子）和客体分子（甲烷、

2、二氧化碳、氮气等气体分子，或四氢呋喃、丙酮等挥发性液体分子）在低温和高压的条件下生成的一种非化学计量的笼型晶体化合物[1,2]。通常可以将水合物分为三种主要的结构类型，它们分别是I型水合物、II型水合物和H型水合物，不同的结构类型取决于客体分子的性质和大小。甲烷分子作为天然气的主要成分，可以与水作用形成I型水合物。甲烷分子和一些大的客体分子可以形成H型水合物，比如叔丁基甲醚、甲基环己烷、甲基环戊烷、新己烷、环戊烷、环己烷、环庚烷等。大的客体分子占据H型水合物的大笼，甲烷分子占据小笼和中笼，经过计算一体积的H型水合物储存甲烷气体的最大潜能是201体积的

3、甲烷气体，而I型和II型的最大潜能为56体积和154体积[3]。由于H型水合物相对于I型和II型水合物具有突出的储气容量和较好的热力学稳定性，因此H型水合物在天然气储运方面将具有广阔的前景。天然气是最具有发展潜力的新能源之一，在汽车燃料和化工原料领域引起了广泛的关注。其中一个原因是天然气要比其他化石燃料便宜，并且许多国家决定削减对于进口石油的依赖，因此，不得不发展新能源技术来满足交通能源的需求。除经济因素以外，天然气相对与化石燃料有较低的污染物排放量。尽管甲烷比起其他燃料来，具有最高的碳/氢比和较高的研究法辛烷值，但是在标准状况下，甲烷是以气体的状态

4、存在的，因此它的能量密度非常低，大概在0.038MJ/L，想当于汽油的0.11%[4]10，而且主要的天然气消费市场大都距离天然气产地较远[5]。因此，寻找安全有效的大规模储运天然气的方法是满足天然气作为汽车燃料和工业原料的前提。目前已经有几种常见的天然气储运方法，包括管道运输天然气、压缩天然气、液化天然气、吸附天然气、固态天然气。固态天然气是基于天然气水合物的储运方法，拥有诸多优势，比如较高的储气容量、不易燃易爆、安全经济有效、环境友好[6]。甲烷水合物（又称为天然气水合物）能够储存大量的甲烷气体，标准状况下，一体积的甲烷水合物可以储存超过160体

5、积的甲烷气体和少于1体积的水[7]。自然界中普遍存在的是天然气水合物，广泛分布在大陆边缘海底沉积物和高纬度永久冻土中，并且在天然气水合物中储存的的总有机碳量是全球范围内其他传统化石燃料总和的两倍[8]。但是天然气水合物的高压低温苛刻的生成条件、过长的诱导时间及较慢的生成速率，成为限制水合物大规模工业化应用的瓶颈[9-12]。目前，依据气体水合物独特的物理化学性质特别是储气量大的特性，利用水合物法可以将天然气在某些添加剂作用下在较低的压力和较高温度下形成水合物从而达到能够实现储运天然气水合物的目的。1实验部分1.1实验装置实验装置的原理图如图1所示，一

6、个圆柱形的316不锈钢制成的体积为152mL反应釜，用于水合物的生成和分解。一个不确定度为±0.02MPa的压力传感器（CYB-20S）和一个不确定度为±0.1K的温度传感器（PT100）插在反应釜中，该反应釜可以承受最大压力为20MPa，可承受的最温度范围为233.15K到383.15K。相同材料制作的体积为156mL的缓冲罐用来每次实验进气之前预冷气体。缓冲罐和反应釜都浸没在水浴中。在水浴的底部有一个磁力搅拌器，带动反应釜内的磁子搅动溶液。实验数据是由安捷伦数据采集仪每隔十秒钟采集一次，并以EXCEL的形式储存在电脑中。10图1实验装置图1.2实

7、验材料关于实验材料的详细信息列在表1中。甲烷气体由广州世源气体有限公司提供，气体纯度为99.99wt%.环庚烷、环庚酮、环辛烷都是由梯希爱（上海）化成工业发展有限公司提供，纯度皆为98.0wt%，以上化学试剂都不用再经过提纯。电阻率为18MΩ的去离子水是本实验室自制，用来稀释和配置一定浓度的环庚烷、环庚酮、环辛烷。化学试剂和去离子水都是用精度为±0.1mg的电子分析天平称重。水和化学试剂的质量比分别是：30ml水+5ml环庚烷，30ml水+5ml环庚酮，17.5ml水+17.5ml环辛烷。表1实验材料名称供应商纯度（质量分数）环庚烷梯希爱（上海）化成

8、工业发展有限公司98.0%环庚酮梯希爱（上海）化成工业发展有限公司98.0%环辛烷梯希爱（上海）化成工业发展