氫氣作為一種新能源由于熱值高、燃燒后無污染,所以被認(rèn)為是最理想的能源。但氫氣密度低,存儲難成為氫能應(yīng)用的瓶頸。水合物儲氫技術(shù)具有成本低,安全性高等優(yōu)點(diǎn)得到研究者的青睞。然而氫氣在270K和250MPa下才能與水生成水合物。如何在溫和條件下高密度儲氫成為水合物儲氫的難題。分子動力學(xué)模擬作為一種研究方法,可以突破宏觀實驗的限制,直觀揭示水合物儲氫的過程和影響因素。本文利用分子動力學(xué)模擬對促進(jìn)劑存在下的氫氣水合物同步生成與誘導(dǎo)生成進(jìn)行了對比,考察了s II型和s H型水合物促進(jìn)劑的儲氫過程與儲氫效果,分析了關(guān)鍵影響因素,為水合物技術(shù)的應(yīng)用提供一定的數(shù)據(jù)和理論指導(dǎo)。論文分別在240-260K、50-70MPa和230K、110MPa下分別模擬了同步生成丙烷-氫氣水合物和甲基環(huán)己烷-氫氣水合物的過程。低溫有利于水合物的儲氫。60MPa,240K時氫氣-丙烷體系水合物的儲氫密度最高為1.128wt%。s H型水合物儲氫量低于s II型水合物,230K、110MPa甲基環(huán)己烷-氫氣水合物的儲氫密度為1.08wt%。隨后分別在250-270K&30-70MPa,以及240-260K&7... 

【文章來源】：華南理工大學(xué)廣東省 211工程院校 985工程院校 教育部直屬院校

【文章頁數(shù)】：103 頁

【學(xué)位級別】：碩士

【部分圖文】：

sI型、sII型和sH型水合物晶籠示意圖[5]

第一章緒論9子動力學(xué)模擬預(yù)測達(dá)到高儲氫密度的水合物儲氫條件等等，為水合物結(jié)構(gòu)性質(zhì)以及水合物應(yīng)用的實驗研究給出了分子尺度解釋。圖1-2分子模擬的基本步驟[76]Figure1-2Basicstepsofmolecularsimulation1.4.1水合物抑制的分子動力學(xué)模擬水合物抑制劑可以有效防治油氣管道中水合物的生成，以保護(hù)管道的流暢運(yùn)輸，保護(hù)管道運(yùn)輸效率。水合物抑制劑按作用原理可以分為熱力學(xué)抑制劑，動力學(xué)抑制劑和防聚劑（AA）。利用分子動力學(xué)模擬技術(shù)，可以直觀地推測水合物抑制劑的作用位點(diǎn)和作用機(jī)理以及鑒別抑制劑中的有用官能團(tuán)。分子模擬技術(shù)也有利于設(shè)計新型有效的抑制劑和使抑制劑能在特定條件高效利用。（1）熱力學(xué)抑制劑常用的熱力學(xué)抑制劑有甲醇和無機(jī)鹽等等。Xu等人[77]模擬了不同無機(jī)鹽存在下水合物的分解,通過分析徑向分布函數(shù)得到以下結(jié)論：（1）NaCl溶液可以在水合解離過程中誘導(dǎo)形成更致密的液膜，這種現(xiàn)象不利于使深層的水合物層解離；（2）相同濃度下，KCl溶液中的水分子擴(kuò)散系數(shù)最大，KCl溶液中的水合物的解離速率最快；（3）通過能量分析，發(fā)現(xiàn)KCl作為熱力學(xué)抑制劑需要的能量最大，證實了實際中利用KCl作為抑制劑的效率并不高。（2）動力學(xué)抑制劑常用的動力學(xué)抑制劑有兩種，包括聚酰胺（PVP）和聚乙烯已內(nèi)酰胺（PVCap等）。Choudhary等人[78]利用Gromacs在NPT系綜(273K,10MPa)模擬了PVP的單體、8聚物和16聚物在6×6×6nm的水合物表面的結(jié)合過程。Yagasaki等人[79]利用Gromacs模擬PVCap與水合物的接觸過程，如圖1-3所示。他們發(fā)現(xiàn)抑制劑的酰胺基與水合物表面上的水分子之間的氫鍵是吸附的驅(qū)動力，客體對吸附親和力沒有貢獻(xiàn)。他們認(rèn)為，水合物

華南理工大學(xué)碩士學(xué)位論文10空籠的存在對于PVCap的作用效果至關(guān)重要。Xu等人[80]觀察了PVCap在水合物表面的吸附過程中的演變，發(fā)現(xiàn)PVCap的酰胺基是抑制現(xiàn)象的另一個關(guān)鍵基團(tuán)，這是因為酰胺基是非水合物結(jié)合位點(diǎn)，與液態(tài)水結(jié)合。這表明吸附位點(diǎn)和非水合物結(jié)合位點(diǎn)的排列導(dǎo)致這種不穩(wěn)定的吸附，從而導(dǎo)致水合物破壞的現(xiàn)象，減緩水合物生長。圖1-3PVCap在水合物表面的接觸過程[79]Figure1-3ContactprocessofPVCaponhydratesurface（3）防聚劑（AA）TaiBui等人[81]設(shè)置含有液烴相、水相和水合物相的三相系統(tǒng)，通過對比了短鏈不同的AA的抑制效果以及不同液烴相組成的系統(tǒng)，得到AA的長鏈長度與液烴相的碳鏈長度相當(dāng)時，才能形成較好的界面膜結(jié)構(gòu)。Bellicci等人[82]同樣設(shè)置了兩個三相系統(tǒng)，區(qū)別在于液相中是否含有氯離子。在水相中，抑制劑吸附到水合物表面通過兩步機(jī)制：短鏈?zhǔn)紫任降奖砻妫缓笠种苿┓肿又g的長鏈結(jié)合為一體。1.4.2水合物分離模擬研究科學(xué)家們進(jìn)行了相關(guān)的混合氣生成水合物的實驗，以探究水合物分離法的可行性和原理。一部分研究人員通過計算機(jī)技術(shù)模擬利用水合物從沼氣（CH4/CO2）和煤層氣(CH4/N2)等中獲得燃料氣體的過程。顏克鳳等人[83]利用分子動力學(xué)模擬研究了二氧化碳水合物和氫氣水合物的微觀結(jié)構(gòu)。他們研究了穩(wěn)定形式的水合物的密度分布和徑向分布函數(shù)，得知二氧化碳在水合物中比氫氣在水合物中更為穩(wěn)定，使得二氧化碳更容易從混合氣中被分離出來。王彤[84]利用計算機(jī)模擬研究了TBPB半籠型水合物對不同氣體的分

【參考文獻(xiàn)】：
期刊論文
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碩士論文
[1]利用TBPB半籠型水合物分離混合氣的分子動力學(xué)模擬[D]. 王彤.華南理工大學(xué) 2018
[2]丙烷促進(jìn)水合物儲存氫氣實驗研究[D]. 李誦.華南理工大學(xué) 2018



本文編號：3424119