【摘要】：水合儲氫是氣體水合物技術(shù)的一項潛在應(yīng)用和氫氣存儲的重要發(fā)展方向,由于氫氣單獨生成水合物需要高壓與低溫(200-300MPa、240-249K)操作條件,水合儲氫技術(shù)難以實現(xiàn)工業(yè)生產(chǎn)與商業(yè)應(yīng)用。采用促進(jìn)劑可以在較低壓力與接近環(huán)境溫度條件下進(jìn)行水合儲氫,本文使用丙烷作為氣相促進(jìn)劑進(jìn)行水合物儲氫研究,測定該體系相平衡條件、測算水合儲氫量并與二氧化碳、甲烷兩種氣相促進(jìn)劑進(jìn)行對比,探索溫度與初始壓力對二元體系水合儲氫量影響,利用水合物原位激光拉曼分解實驗研究氫氣/丙烷二元水合物分解性質(zhì)。采用冰粉為原料分別制備了二氧化碳、甲烷和丙烷水合物,并在溫度約為-17℃、初始壓力約為10.5MPa條件下實驗研究了二氧化碳、甲烷和丙烷作為三種氣相促進(jìn)劑條件下水合儲氫性能,結(jié)果表明,三種促進(jìn)劑存在下,水合物儲氫量分別為0.24wt%、0.19 wt%和0.77 wt%,本實驗條件下,氫氣/丙烷二元水合物的儲氫量最大,丙烷用作氫氣水合物促進(jìn)劑更理想。本論文采用恒溫法測定了丙烷作為促進(jìn)劑存在下氫氣/丙烷二元水合物的相平衡條件,結(jié)果顯示,氫氣/丙烷二元水合物相平衡溫度與壓力較純氫氣水合物相平衡溫度與壓力更加溫和,在同等溫度條件下,氫氣/丙烷二元水合物相平衡壓力較純氫氣水合物降低約100倍。本論文采用控制變量法測定了不同溫度、初始壓力條件下丙烷/氫氣二元水合物的籠占比和儲氫量,結(jié)果表明,丙烷作為促進(jìn)劑情況下,二元水合物儲氫量和籠占比隨溫度降低而增大,隨初始壓力升高而升高。本論文采用拉曼光譜分析法對氫氣/丙烷二元水合物樣品進(jìn)行了水合物原位分解過程研究,樣品分析表明二元水合物中含有氫氣與丙烷兩種分子,為sⅡ型結(jié)構(gòu),氫氣分子存在于此sⅡ型水合物小籠;氫氣/丙烷二元水合物原位拉曼分解研究結(jié)果表明:二元水合物分解是分步進(jìn)行,氫氣分子先從水合物籠中逃逸出去,在分解過程存在自保護(hù)效應(yīng)和二次生成現(xiàn)象,減緩甚至控制水合物分解,使得產(chǎn)生的危險具有“自控性”,水合物法儲氫是一種更安全的氫氣儲存方法。
【圖文】：

Lee 等人[47]研究了調(diào)節(jié)四氫呋喃的濃度以提高氫氣儲量，實驗表明四氫在 0.15mol%情況下最大儲氫量可以達(dá)到 4.03wt%。而 Strobel 等人[48]的則顯示在 13.8MPa 的壓力條件下四氫呋喃濃度為 0.5mol%時最大儲氫1wt%，在所有實驗濃度變化范圍內(nèi)儲氫量沒有明顯增加，此實驗結(jié)論與[48]的研究出現(xiàn)偏差，基于拉曼光譜和粉末X射線衍射分析偏差存在的原ahara 等人[49]發(fā)現(xiàn)只有一個氫分子存在于小籠中，而 Lee 等人[47]則觀察氫分子出現(xiàn)在小籠中。Sugahara 等人[49]實驗表明在 255K（±2K）、60M呋喃濃度為 0.5mol%的條件下用冰粉和固體四氫呋喃形成的氫氣/四氫物的儲氫量為 3.4wt%。本文對氫氣和不同四氫呋喃濃度形成 sⅡ型水合物的相平衡的文獻(xiàn)數(shù)據(jù)總，如圖 1-1 所示。由相平衡數(shù)據(jù)可知，，隨著四氫呋喃濃度的增加，氫生成條件向低壓、高溫方向移動，相比純氫氣水合物相平衡數(shù)據(jù)，生成溫和。

圖 1-3 文獻(xiàn)中不同 sⅡ型水合物促進(jìn)劑+氫氣+水的相平衡數(shù)據(jù)Fig.1-3 Phase equilibrium data of different sⅡ promoters+hydrogen+water in literatu2 半籠型水合物促進(jìn)劑半籠型水合物是典型的離子型水合物，陽離子像客體分子一樣占據(jù)水合子與水一起參與形成晶格。半籠型水合物可以在接近室溫以及標(biāo)準(zhǔn)大氣下形成水合物。Fowler 和他的團隊[66]首次報道了季銨鹽溶解于水并能型水合物。四丁基溴化銨（TBAB）四丁基溴化銨（TBAB）是半籠型水合物促進(jìn)劑中被研究最多的。Has[67]報道氫氣/TBAB二元半籠型水合物較氫氣/THF混合水合物更穩(wěn)定。光譜研究顯示氫氣占據(jù)半籠型水合物空間明顯少于占據(jù) sⅡ型水合物[68]
【學(xué)位授予單位】：華南理工大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2018
【分類號】：TQ116.2

【參考文獻(xiàn)】

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本文編號：2638333