[发明专利]一种气体水合物比表面积和吸附量的测量方法

权利要求书

1.一种气体水合物比表面积的测量方法，其特征在于，该方法包括以下步骤：

(1)高压物理吸附仪和气相色谱仪联用测定在-120到-80℃温度范围内气体水合物样品表面的氮气的吸附量及气体水合物中气体总含量：采用氮气对-120到-80℃温度范围内气体水合物样品进行吸附测定，通过气相色谱仪对吸附过程前后注入和排出的气体总量和气体成分进行测定，吸附测定过程完成后，将高压物理吸附仪升温直到气体水合物样品完全分解并测量分解后排出的气体总量和气体成分，获得吸附于气体水合物样品表面的氮气的吸附量N_ad和气体水合物样品中的气体组分总含量N_m；

(2)取相同的气体水合物样品，利用X射线衍射仪在-120到-80℃温度范围内对气体水合物样品晶体结构进行测定，并计算出气体水合物样品中气体在气体水合物中的平均孔穴占有率和单位质量的气体水合物样品中气体含量n_m；

(3)通过气体水合物样品中的气体组分总含量N_m和单位质量的气体水合物样品中气体的含量n_m计算吸附测试过程中甲烷水合物样品的质量M_m：然后在Langmuir吸附定理假设的环境条件下计算出待测气体水合物样品的比表面积。

2.根据权利要求1所述气体水合物比表面积的测量方法，其特征在于，所述气相色谱仪的气体进样口与高压物理吸附仪的排气装置相连，当高压物理吸附仪测算出吸附过程完成时排出的气体总量之后，测量其中是否包含气体水合物中逸出的气体及其组分含量。

3.根据权利要求1所述气体水合物比表面积的测量方法，其特征在于，所述气体水合物为不包含氮气的气体水合物。

4.根据权利要求1所述气体水合物比表面积的测量方法，其特征在于，所述气体水合物选自天然气水合物、纯甲烷水合物、纯二氧化碳水合物。

5.根据权利要求1所述气体水合物比表面积的测量方法，其特征在于，所述气体水合物为甲烷气体水合物时，具体包括以下步骤：

1)将高压物理吸附仪预冷至-120℃到-80℃温度范围内，把甲烷水合物样品放入高压物理吸附仪后快速抽真空，随后将高压氮气瓶中一定量的氮气注入高压物理吸附仪中并测量注入高压物理吸附仪中氮气的总量N₁；吸附过程完成后，利用高压物理吸附仪中的涡轮分子泵抽出未吸附的氮气，并测量这部分气体的总量N₂，同时，将这部分气体通过气相色谱仪测量由于部分甲烷水合物样品分解而产生的甲烷组分含量y₁；最后将高压物理吸附仪升温，使甲烷水合物样品完全分解并测量分解后排出的气体总量N₃，同时通过气相色谱仪测量排出的气体中包含的由于甲烷水合物样品全部分解产生的甲烷组分含量y₂；

2)将步骤1)测得的数据代入下式分别计算吸附于甲烷水合物表面的氮气的吸附量N_ad和甲烷水合物样品中的甲烷组分总含量N_m：

N_ad＝N₁-N₂·(1-y₁)＝N₃·(1-y₂)

N_m＝N₂·y₁+N₃·y₂；

3)将X射线衍射仪的样品台预冷至-120℃到-80℃，并将另一部分甲烷水合物样品放入X射线衍射仪进行晶体结构测量，利用获得的X射线衍射图谱和水合物晶体精修软件计算出甲烷水合物样品的晶格常数a，b，c以及甲烷在I型水合物中大笼和小笼的孔穴占有率ρ₁和ρ₂，代入下式计算单位质量的甲烷水合物样品中甲烷气体的含量n_m：

4)、将步骤2)计算得到的甲烷水合物样品中的甲烷组分总含量N_m和步骤3)计算得到的单位质量的甲烷水合物样品中甲烷气体的含量n_m代入下式计算吸附测试过程中甲烷水合物样品的质量M_m：

5)将步骤2)计算得到的吸附于甲烷水合物表面的氮气的吸附量N_ad和步骤4)计算得到的甲烷水合物样品质量M_m，在Langmuir吸附定理假设的环境条件下计算出甲烷水合物样品的比表面积S_ad：

S_ad＝N_ad·A·σ_m/M_m

其中A为Avogadro常数，A＝6.023×10^-20/mol，σ_m为吸附质分子N₂的截面积,σ_m＝16.2×10^-20m^-2。