丙烷促进水合物储存氢气实验研究

发布时间：2020-04-24 00:43

【摘要】：水合储氢是气体水合物技术的一项潜在应用和氢气存储的重要发展方向,由于氢气单独生成水合物需要高压与低温(200-300MPa、240-249K)操作条件,水合储氢技术难以实现工业生产与商业应用。采用促进剂可以在较低压力与接近环境温度条件下进行水合储氢,本文使用丙烷作为气相促进剂进行水合物储氢研究,测定该体系相平衡条件、测算水合储氢量并与二氧化碳、甲烷两种气相促进剂进行对比,探索温度与初始压力对二元体系水合储氢量影响,利用水合物原位激光拉曼分解实验研究氢气/丙烷二元水合物分解性质。采用冰粉为原料分别制备了二氧化碳、甲烷和丙烷水合物,并在温度约为-17℃、初始压力约为10.5MPa条件下实验研究了二氧化碳、甲烷和丙烷作为三种气相促进剂条件下水合储氢性能,结果表明,三种促进剂存在下,水合物储氢量分别为0.24wt%、0.19 wt%和0.77 wt%,本实验条件下,氢气/丙烷二元水合物的储氢量最大,丙烷用作氢气水合物促进剂更理想。本论文采用恒温法测定了丙烷作为促进剂存在下氢气/丙烷二元水合物的相平衡条件,结果显示,氢气/丙烷二元水合物相平衡温度与压力较纯氢气水合物相平衡温度与压力更加温和,在同等温度条件下,氢气/丙烷二元水合物相平衡压力较纯氢气水合物降低约100倍。本论文采用控制变量法测定了不同温度、初始压力条件下丙烷/氢气二元水合物的笼占比和储氢量,结果表明,丙烷作为促进剂情况下,二元水合物储氢量和笼占比随温度降低而增大,随初始压力升高而升高。本论文采用拉曼光谱分析法对氢气/丙烷二元水合物样品进行了水合物原位分解过程研究,样品分析表明二元水合物中含有氢气与丙烷两种分子,为sⅡ型结构,氢气分子存在于此sⅡ型水合物小笼;氢气/丙烷二元水合物原位拉曼分解研究结果表明:二元水合物分解是分步进行,氢气分子先从水合物笼中逃逸出去,在分解过程存在自保护效应和二次生成现象,减缓甚至控制水合物分解,使得产生的危险具有“自控性”,水合物法储氢是一种更安全的氢气储存方法。
【图文】：

四氢呋喃,氢气,水相,文献

Lee 等人[47]研究了调节四氢呋喃的浓度以提高氢气储量，实验表明四氢在 0.15mol%情况下最大储氢量可以达到 4.03wt%。而 Strobel 等人[48]的则显示在 13.8MPa 的压力条件下四氢呋喃浓度为 0.5mol%时最大储氢1wt%，在所有实验浓度变化范围内储氢量没有明显增加，此实验结论与[48]的研究出现偏差，基于拉曼光谱和粉末X射线衍射分析偏差存在的原ahara 等人[49]发现只有一个氢分子存在于小笼中，而 Lee 等人[47]则观察氢分子出现在小笼中。Sugahara 等人[49]实验表明在 255K（±2K）、60M呋喃浓度为 0.5mol%的条件下用冰粉和固体四氢呋喃形成的氢气/四氢物的储氢量为 3.4wt%。本文对氢气和不同四氢呋喃浓度形成 sⅡ型水合物的相平衡的文献数据总，如图 1-1 所示。由相平衡数据可知，，随着四氢呋喃浓度的增加，氢生成条件向低压、高温方向移动，相比纯氢气水合物相平衡数据，生成温和。

笼型水合物,水合物,促进剂,氢气

图 1-3 文献中不同 sⅡ型水合物促进剂+氢气+水的相平衡数据Fig.1-3 Phase equilibrium data of different sⅡ promoters+hydrogen+water in literatu2 半笼型水合物促进剂半笼型水合物是典型的离子型水合物，阳离子像客体分子一样占据水合子与水一起参与形成晶格。半笼型水合物可以在接近室温以及标准大气下形成水合物。Fowler 和他的团队[66]首次报道了季铵盐溶解于水并能型水合物。四丁基溴化铵（TBAB）四丁基溴化铵（TBAB）是半笼型水合物促进剂中被研究最多的。Has[67]报道氢气/TBAB二元半笼型水合物较氢气/THF混合水合物更稳定。光谱研究显示氢气占据半笼型水合物空间明显少于占据 sⅡ型水合物[68]
【学位授予单位】：华南理工大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2018
【分类号】：TQ116.2

【参考文献】