利用太赫兹时域光谱技术研究中低碳数正构烷烃的相变过程

发布时间：2020-05-07 05:03

【摘要】：正构烷烃是原油中石蜡的主要成分。低温条件下,石蜡的结晶析出会给原油的运输开采造成困难。本课题选取中低碳数的正构烷烃作为研究对象,利用太赫兹时域光谱技术对中低碳数正构烷烃的相变过程进行了研究。主要研究内容如下:1.用透射式太赫兹时域光谱系统对正构二十烷烃从高温到低温进行了扫描,得到了正构二十烷烃随温度变化的太赫兹时域光谱。光学参数计算结果表明,时域谱、吸收谱和折射率谱均能反映出正构二十烷烃的相变过程。在时域图上表现为强度的变化,强度的转折点对应的是旋转相出现的临界点。在吸收与温度的关系图上可以看出样品的状态,从液相到旋转相吸收系数逐渐上升,旋转相到固相的变化中,吸收系数逐渐下降。折射率的变化和样品的状态密切相关,根据折射率和温度的关系曲线上斜率的不同,可以准确确定样品的每个状态所对应的温度,并得出折射率受样品密度的影响。2.利用太赫兹时域光谱技术检测正构二十二烷烃的相变过程,其研究结果和正构二十烷烃的一致,从而证明太赫兹时域光谱技术可以把正构烷烃的整个相变过程表现出来,尤其折射率的变化,折射率和温度的变化曲线可以把正构烷烃的整个相变过程表现出来,并且相变的温度区间也能明显得出。折射率的变化对烷烃的结构变化很敏感,从液相到旋转相的形成中,层间距并没有发生明显变化,在此阶段是晶粒不断形成的过程;在旋转相到固相的转变过程中,层间距随温度降低逐渐减小,说明样品在此过程中主要发生晶粒的长大过程,层间距的变化和折射率的变化基本一致,所以折射率的变化不仅受样品密度的影响,还会受到晶体结构的影响。然后用太赫兹时域光谱技术对正构二十四烷烃的相变进行表征。本论文验证了利用太赫兹时域光谱技术可以用来表征正构烷烃的相变过程,为正构烷烃相变过程的研究提供了新的思路和方法。
【图文】：

(a) RI 相晶体结构 (b) RII 相晶体结构 (c) RV 相晶体结构图 1.1 RI 相、RII 相和 RV 相的结构图Fig. 1.1 The crystal structure of RI phase, RII phase and RV phase碳链长度对正构烷烃的相态也有影响，奇数烷烃和偶数烷烃对应着不同类型的转动相和固相，比如，碳原子数为 14~26 的正构烷烃固态为三斜晶系，碳原子数为 28~36 的正构烷烃固态为单斜晶系，碳原子数为 38~60 的正构烷烃固态为正交晶系[16,17]，表 1.2 列举了正构烷烃的晶系和晶胞参数，，图 1.2 是不同碳数的正构烷烃对应的相态。表 1.2 正构烷烃对应的晶系和晶胞参数[17]Table 1.2 The crystal system and unit cell parameters of the n-alkanes碳数 晶系 空间点群晶胞参数C/ a/ b/ α/° β/° γ/°11 正交晶系 Pbcm 31.76 4.97 7.478 90 90 90

图 1.2 不同碳数的正构烷烃相变图[17]Fig. 1.2 The phase transition diagram of different carbon number of n-paraffin在温度变化的情况下正构烷烃的晶胞参数并不是一成不变的，它们会随化而发生变化，如图 1.3 是正构烷烃在不同温度下的参数 a、b、c 的变图 1.4 是正构烷烃在不同温度下的参数α、β、γ的变化情况。
【学位授予单位】：中国石油大学(北京)
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2018
【分类号】：O441.4;O621

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本文编号：2652479