[发明专利]一种气体水合物比表面积和吸附量的测量方法

说明书

本发明公开了一种气体水合物比表面积的测量方法，联合高压物理吸附仪、气相色谱仪和X射线衍射仪精确测量出气体水合物吸附气体的吸附量和待测气体水合物样品的质量，进而最终测算出气体水合物的比表面积，测量结果具有较高的可信度和较好的一致性，解决了现有技术气体水合物吸附测试过程中由于气体水合物易分解并释放气体进而干扰气体吸附量以及待测水合物样品的质量测量难度大从而缺乏一种有效的测量方法实现对天然气水合物的比表面积和吸附量有效的精确测量的技术问题，对于天然气水合物分解动力学机理、天然气水合物开采模型建立等方面的研究具有重要的意义。

技术领域：

本发明涉及气体水合物物性测量技术领域，具体涉及一种气体水合物比表面积和吸附量的测量方法。

背景技术：

天然气水合物是水与甲烷等小分子气体形成的非化学计量性的笼状晶体物质。作为一种新型清洁能源，自然存在的天然气水合物广泛分布于具有高压低温条件下的海底大陆架或高原冻土层中。其在全世界范围内巨大的储量，使其成为一种重要的可替代能源而被全球各国所广泛重视。

目前，天然气水合物的开采主要以降压法为主。通过降低压力使水合物处于不稳定状态进而分解，释放出其中的气体成分。自然存在的天然气水合物的主要气体成分为甲烷，晶体结构以I型为主，晶体表面呈现出多孔结构。这种多孔结构极大的提高了气固两相的接触面积，有利于水合物中气体分子向气相空间的快速释放。因此，精确地计算出天然气水合物的比表面积对于定量分析天然气水合物的分解过程，研究水合物分解动力学机理，建立天然气水合物降压开采模型具有十分重要的意义。

但是，由于天然气水合物中本身富含大量气体分子且在常压环境中下极易分解，测量前后，天然气水合物表面会存在一定程度的改变，同时天然气水合物样品质量的测量也存在较大的难度。而传统的仅仅依靠Langmuir等温吸附定理测量出的水合物比表面积，会因为测量过程中待测水合物的分解而造成单分子层饱和吸附量为负值的情况出现，使测量结果无法得到进一步的计算。目前还没有一种有效的测量方法能够利用现有的测量仪器实现对天然气水合物的比表面积和吸附量进行有效的精确测量。

发明内容：

本发明的目的是提供一种气体水合物比表面积和吸附量的测量方法，充分利用现有的实验测量的仪器和测量手段，联合高压物理吸附仪、气相色谱仪和X射线衍射仪精确测量出气体水合物吸附气体的吸附量和待测气体水合物样品的质量，进而最终测算出气体水合物的比表面积，测量结果具有较高的可信度和较好的一致性，解决了现有技术气体水合物吸附测试过程中由于气体水合物易分解并释放气体进而干扰气体吸附量以及待测水合物样品的质量测量难度大从而缺乏一种有效的测量方法实现对天然气水合物的比表面积和吸附量有效的精确测量的技术问题。

本发明是通过以下技术方案予以实现的：

一种气体水合物比表面积的测量方法，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；