一种储存天然气水合物的方法技术

本发明专利技术涉及一种储存天然气水合物的方法。该储存天然气水合物的方法，包括以下步骤：(1)在微纳米尺度受限空间内放入多孔介质和与所述的多孔介质的孔隙体积相同的水，密封静置，使水均被多孔介质吸收，得到含水多孔介质；(2)将含水多孔介质放入反应容器内，于反应容器内注入水合物生成所需的气体，合成微纳米尺度受限空间天然气水合物；(3)将微纳米尺度受限空间天然气水合物在常压下保存，即实现天然气水合物的储存。本发明专利技术利用微纳米尺度受限空间内水的独特物化性质和微纳米尺度受限空间内天然气水合物的独特形成和分解动力学特性，提出全新的高品质的节能安全高效的天然气水合物储运方法。

【技术实现步骤摘要】
一种储存天然气水合物的方法
本专利技术涉及天然气水合物
，特别涉及一种储存天然气水合物的方法。
技术介绍
天然气水合物是天然气和水在低温高压下形成的笼型化合物，1立方米的天然气水合物可在常温常压下释放164立方米的天然气。具有巨大储气能力，通过一定的工艺，将天然气合成为固态水合物，然后再将水合物运送到储气站，最后将水合物气化分解形成天然气的这一过程，便是天然气水合物法储运天然气技术。天然气水合物储运天然气技术的分为3个步骤，即水合物的快速合成、安全储运、高效分解。快速制备高品质的天然气水合物样品是天然气水合物法储运天然气技术的关键。在宏观尺度，实验室通过水合法制备的样品通常存在样品稀松、孔隙大，需压实致密的问题，而样品进行压实致密，带来传输和处理过程中的污染或水合物分解的可能，在宏观尺度，水合物合成存在“爬壁效应”，“爬壁效应”的产生是由于生成的水合物向固体冷壁面上积聚，即向反应釜内壁表面积聚的效应，或者水合物在气液界面上方聚集生成。“爬壁效应”的存在使得水合物的生长不均匀，生成后的水合物块表面十分凸凹不平。通常的做法是采用活塞装置对其进行原位加压致密。但对硬度过大的水合物如二氧化碳水合物等无法进行原位加压致密。实际上，许多因素影响着水合物晶体的形成和成长过程，比如反应釜内壁表面情况，溶液中的溶质的化学成分，电场、磁场的存在，甚至照明度会影响水合物晶体的成核、生长。在宏观尺度，研究发现反应釜材料会影响水合物成核的出现位置，和水合物形成过程中的传质特性。采用天然气水合物储运天然气，与压缩天然气、液化天然气相比，其储气量高，制备条件虽然较为温和，但水合物的生成速率较慢，致密度较差、需要考虑水的回收等问题。
技术实现思路
本专利技术的目的是提供一种储存天然气水合物的方法，本专利技术利用微纳米尺度受限空间内水的独特物化性质和微纳米尺度受限空间内天然气水合物的独特形成和分解动力学特性，提出全新的高品质的节能安全高效的天然气水合物储运方法。本专利技术的目的是提供了一种储存天然气水合物的方法，包括以下步骤：(1)在微纳米尺度受限空间内放入多孔介质和与所述的多孔介质的孔隙体积相同的水，密封静置，使水均被多孔介质吸收，得到含水多孔介质；(2)将步骤(1)得到的含水多孔介质放入反应容器内，于反应容器内注入水合物生成所需的气体，合成微纳米尺度受限空间天然气水合物；(3)将步骤(2)得到的微纳米尺度受限空间天然气水合物在常压下保存，即实现天然气水合物的储存。由于微纳米尺度受限空间内中，水分子拉曼频率降低，水分子间的吸引力增强，使得OH键增长，削弱了OH化学键的作用。这样结构特点使得微纳米尺度受限空间内的水在很低的温度下依然以液态形式存在。常温下，微纳米尺度受限空间内，水分子DDAA(doubledonor–doubleacceptor)，DA(singledonor–singleacceptor)二种结构高斯峰占90％以上，与常态下的自由水水分子的OH健高斯峰比较，微纳米尺度受限空间内水的DDAA结构高斯峰明显增强，而其DA的高斯峰明显减弱，相对于宏观尺度常态下的自由水，微纳米尺度受限空间内水中部分DA结构转化为DDAA结构，使得DDAA结构的比例高于DA结构的比例。从而微纳米尺度受限空间内水分子被圈闭在水分子构成的四面体氢键网络结构中。这种微纳米尺度受限空间内水的结构十分有利于天然气水合物的形成。在一定过冷度条件下，微纳米尺度受限空间内的水与天然气的合成反应几乎是瞬间完成，且合成的天然气水合物样品十分致密。本专利技术利用微纳米尺度受限空间内的水的这种不易形成冰，极易形成天然气水合物，且合成的天然气水合物样品十分致密的结构特性，快速合成天然气水合物的样品。在常温下分解微纳米尺度受限空间天然气水合物，获得天然气，和处于微纳米尺度受限空间的水。微纳米尺度受限空间的水可再次用于合成微纳米尺度受限空间天然气水合物。优选地，步骤(1)中所述的多孔介质为柱状层析硅胶或三维多孔氧化石墨烯。优选地，步骤(2)中所述的气体为甲烷。优选地，步骤(2)具体步骤是：反应容器内放入步骤(1)得到的含水多孔介质，反应容器内若干次通入水合物生成所需的高压气体进行抽真空，于反应容器内注入水合物生成所需的气体至反应容器内压力为12～16MPa，关闭反应容器，合成微纳米尺度受限空间天然气水合物。优选地，步骤(3)具体步骤是：将步骤(2)得到的微纳米尺度受限空间天然气水合物，通过释放部分气体，调节反应容器内天然气水合物的压力至所需要的压力，使得天然气水合物处于亚稳态区域，或者稳态区域，待反应容器内温度压力稳定后，将反应容器内的温度降温至227～237K，温度稳定后，释放反应容器内气体的压力为常压，在常压下保存，即实现天然气水合物的储存。微纳米尺度受限空间内天然气水合物在1atm下227K分解，经历水合物-过冷水-高密度无定形冰的演变过程，分解发生后过冷水即刻形成非常高密度无定形冰，且非常高密度无定形冰存在较长时间。非常高密度无定形冰无固定的形状，不存在晶体结构，它更像一种极端粘滞、呈现固态的液体，从而使得客体分子无法在短时间溢出，非常高密度无定形冰包裹处于晶态的天然气水合物，阻碍了分解过程的吸热，使得天然气水合物能够在较长时间稳定的存在。本专利技术利用微纳米尺度受限空间内天然气水合物分解形成非常高密度无定形冰，包裹处于晶态的天然气水合物，阻碍了分解过程的吸热，使得天然气水合物能够在较长时间稳定的存在的特性在1atm下227K保存天然气水合物，有效降低储运成本。在常温常压下，微纳米尺度受限空间内天然气水合物分解，形成天然气和水，缓慢释放出天然气，增加了安全性。分解的吸热来源于空气，无须额外加热。而分解形成的水依然停留在微纳米尺度受限空间内，可反复用于天然气水合物样品的合成，避免了水的回收问题。进一步优选，步骤(3)中调节反应容器内天然气水合物的压力至2.75MPa，使得天然气水合物处于亚稳态区域，或者稳态区域。本专利技术的方法克服了现有技术样品处理方法的不足，与现有技术相比，本专利技术有以下优良效果：1、本专利技术利用微纳米尺度受限空间内水的独特物化性质和微纳米尺度受限空间内天然气水合物的独特形成和分解动力学特性，提出全新的高品质的节能安全高效的天然气水合物储运方法。2、本专利技术提出采用微纳米尺度受限空间水合成天然气水合物样品，并在227K常压储存天然气水合物，在常温常压下分解天然气水合物获得天然气的天然气水合物储运方法。微纳米尺度受限空间水合成天然气水合物十分迅速，在227K减压后，天然气水合物表层形成非常高密度无定形冰，包裹着天然气水合物，使得天然气水合物能够在常压下，227K保存，天然气水合物在常温常压下缓慢分解，获得天然气。该方法具有水合物的生成速率较快，样品致密度较好、有效降低储运成本，分解缓慢，增加安全性，无需考虑到水的回收等技术优点。附图说明附图1是本专利技术实施例储存天然气水合物的方法的实验流程结构示意图。具体实施方法本专利技术通过以下具体实施例作进一步描述，但不限制本专利技术。本专利技术中的储存天然气水合物的方法适用于天然气可以涵盖的大部分气体，本专利技术的实施例中以甲烷为例来说明。如图1所示，一种储存天然气水合物的方法，具体包括以下步骤：1、合成微纳米尺度受限空间水，微纳米尺度受限空间本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种储存天然气水合物的方法，其特征在于，包括以下步骤：(1)在微纳米尺度受限空间内放入多孔介质和与所述的多孔介质的孔隙体积相同的水，密封静置，使水均被多孔介质吸收，得到含水多孔介质；(2)将步骤(1)得到的含水多孔介质放入反应容器内，于反应容器内注入水合物生成所需的气体，合成微纳米尺度受限空间天然气水合物；(3)将步骤(2)得到的微纳米尺度受限空间天然气水合物在常压下保存，即实现天然气水合物的储存。

【技术特征摘要】
1.一种储存天然气水合物的方法，其特征在于，包括以下步骤：(1)在微纳米尺度受限空间内放入多孔介质和与所述的多孔介质的孔隙体积相同的水，密封静置，使水均被多孔介质吸收，得到含水多孔介质；(2)将步骤(1)得到的含水多孔介质放入反应容器内，于反应容器内注入水合物生成所需的气体，合成微纳米尺度受限空间天然气水合物；(3)将步骤(2)得到的微纳米尺度受限空间天然气水合物在常压下保存，即实现天然气水合物的储存。2.根据权利要求1所述的储存天然气水合物的方法，其特征在于，步骤(1)中所述的多孔介质为柱状层析硅胶或三维多孔氧化石墨烯。3.根据权利要求1所述的储存天然气水合物的方法，其特征在于，步骤(2)中所述的气体为甲烷。4.根据权利要求1所述的储存天然气水合物的方法，其特征在于，步骤(2)具体步骤是：反应容器内放入步骤(1)得到的含水多孔介质，反...

【专利技术属性】
技术研发人员：万丽华，梁德青，
申请(专利权)人：中国科学院广州能源研究所，
类型：发明
国别省市：广东,44