[發明專利]一種氣體水合物比表面積和吸附量的測量方法

有效

• 申請號: 201811485880.0
• 申請日: 2018-12-06
• 公開（公告）號: CN109580815B
• 公開（公告）日: 2020-06-30
• 發明（設計）人: 周雪冰;梁德青;陳佩麗;唐翠萍;萬麗華
• 申請（專利權）人: 中國科學院廣州能源研究所
• 主分類號: G01N30/02
• 分類號: G01N30/02;G01N30/06;G01N23/20;G01N1/28
• 代理公司: 廣州科粵專利商標代理有限公司 44001
• 代理人: 蔣歡妹;莫瑤江

本發明公開了一種氣體水合物比表面積的測量方法，聯合高壓物理吸附儀、氣相色譜儀和X射線衍射儀精確測量出氣體水合物吸附氣體的吸附量和待測氣體水合物樣品的質量，進而最終測算出氣體水合物的比表面積，測量結果具有較高的可信度和較好的一致性，解決了現有技術氣體水合物吸附測試過程中由于氣體水合物易分解并釋放氣體進而干擾氣體吸附量以及待測水合物樣品的質量測量難度大從而缺乏一種有效的測量方法實現對天然氣水合物的比表面積和吸附量有效的精確測量的技術問題，對于天然氣水合物分解動力學機理、天然氣水合物開采模型建立等方面的研究具有重要的意義。

技術領域：

本發明涉及氣體水合物物性測量技術領域，具體涉及一種氣體水合物比表面積和吸附量的測量方法。

背景技術：

天然氣水合物是水與甲烷等小分子氣體形成的非化學計量性的籠狀晶體物質。作為一種新型清潔能源，自然存在的天然氣水合物廣泛分布于具有高壓低溫條件下的海底大陸架或高原凍土層中。其在全世界范圍內巨大的儲量，使其成為一種重要的可替代能源而被全球各國所廣泛重視。

目前，天然氣水合物的開采主要以降壓法為主。通過降低壓力使水合物處于不穩定狀態進而分解，釋放出其中的氣體成分。自然存在的天然氣水合物的主要氣體成分為甲烷，晶體結構以I型為主，晶體表面呈現出多孔結構。這種多孔結構極大的提高了氣固兩相的接觸面積，有利于水合物中氣體分子向氣相空間的快速釋放。因此，精確地計算出天然氣水合物的比表面積對于定量分析天然氣水合物的分解過程，研究水合物分解動力學機理，建立天然氣水合物降壓開采模型具有十分重要的意義。

但是，由于天然氣水合物中本身富含大量氣體分子且在常壓環境中下極易分解，測量前后，天然氣水合物表面會存在一定程度的改變，同時天然氣水合物樣品質量的測量也存在較大的難度。而傳統的僅僅依靠Langmuir等溫吸附定理測量出的水合物比表面積，會因為測量過程中待測水合物的分解而造成單分子層飽和吸附量為負值的情況出現，使測量結果無法得到進一步的計算。目前還沒有一種有效的測量方法能夠利用現有的測量儀器實現對天然氣水合物的比表面積和吸附量進行有效的精確測量。

發明內容：

本發明的目的是提供一種氣體水合物比表面積和吸附量的測量方法，充分利用現有的實驗測量的儀器和測量手段，聯合高壓物理吸附儀、氣相色譜儀和X射線衍射儀精確測量出氣體水合物吸附氣體的吸附量和待測氣體水合物樣品的質量，進而最終測算出氣體水合物的比表面積，測量結果具有較高的可信度和較好的一致性，解決了現有技術氣體水合物吸附測試過程中由于氣體水合物易分解并釋放氣體進而干擾氣體吸附量以及待測水合物樣品的質量測量難度大從而缺乏一種有效的測量方法實現對天然氣水合物的比表面積和吸附量有效的精確測量的技術問題。

本發明是通過以下技術方案予以實現的：

一種氣體水合物比表面積的測量方法，該方法包括以下步驟：

(1)高壓物理吸附儀和氣相色譜儀聯用測定在-120到-80℃溫度范圍內氣體水合物樣品表面的氮氣的吸附量及氣體水合物中氣體總含量：采用氮氣對-120到-80℃溫度范圍內氣體水合物樣品進行吸附測定，通過氣相色譜儀對吸附過程前后注入和排出的氣體總量和氣體成分進行測定，吸附測定過程完成后，將高壓物理吸附儀升溫直到氣體水合物樣品完全分解并測量分解后排出的氣體總量和氣體成分，獲得吸附于氣體水合物樣品表面的氮氣的吸附量N_ad和氣體水合物樣品中的氣體組分總含量N_m；

(2)取相同的氣體水合物樣品，利用X射線衍射儀在-120到-80℃溫度范圍內對氣體水合物樣品晶體結構進行測定，并計算出氣體水合物樣品中氣體在氣體水合物中的平均孔穴占有率和單位質量的氣體水合物樣品中氣體含量n_m；