[发明专利]R11在常压制备可燃冰中的应用及制备方法和可燃冰

说明书

本发明公开了一种三氯一氟甲烷在常压制备天然气水合物替代材料中的应用及其常压制备方法和所得的天然气水合物替代材料。本发明的应用是由三氯一氟甲烷与蒸馏水在常压下制备可燃冰替代材料，三氯一氟甲烷与蒸馏水的体积比为1:2～1:4；三氯一氟甲烷、水经过冷藏处理，混合，搅拌，并在‑18～4℃下，继续搅拌8～20min，从而得到天然气水合物替代材料。本发明的天然气水合物替代材料的密度为1.3～1.4g/cm³，常压下在8℃以下保持固体状态，具有类似冰状结构，分解可以产生气体和水。在常压下完成制备，无需高压，制备方法简单，条件温和，成本低，简化了试验条件，增强了安全性，可进行大体积的物理模型试验。

技术领域

本发明属于海洋工程地质的天然气水合物替代材料技术领域，特别是指一种三氯一氟甲烷在常压制备天然气水合物替代材料中的应用及其常压制备方法和所得的天然气水合物替代材料。

背景技术

天然气水合物(俗称可燃冰)是由天然气和水在高压低温条件下形成的一种晶状笼型物质，其为一种类似冰状的结晶物质。在自然界中，天然气水合物存在于大陆永久冻土带和海洋沉积物(称为含水合物沉积物)中，其所包络的气体以甲烷为主，与天然气组成非常相似。全球天然气水合物所含天然气的热当量相当于目前已探明的所有化石燃料总和的2倍，可供人类使用约1000年，是21世纪理想的可替代能源之一。

在标准状况下，1体积的天然气水合物分解可以产生164体积气体和0.8体积水。天然气水合物的分解，可以造成海底沉积物孔隙压力累积，降低沉积物强度，导致海洋地质灾害。因此，对大陆永久冻土带和深海中的沉积物进行物理模型试验研究，可以模拟天然气水合物分解造成的系列地质灾害的过程，通过采集试验过程中的空隙压力、海床变形等试验数据，可以揭示天然气水合物的分解所诱发的地质灾害的过程与机制。

目前，天然气水合物的制备需要高压(MPa级别)低温环境，实验室的试验条件难以满足，而且高压容易带来爆裂等安全隐患。中国专利CN104833582A公开了一种天然气水合物沉积物三轴试验装置，该装置包含三轴试验装置主机、温度控制系统、孔隙压力控制系统、围压控制系统和计算机数据采集与控制系统，通过温度控制系统控制天然气水合物生成与分解过程中的温度，孔隙压力控制系统供给合成天然气水合物需要的蒸馏水和甲烷气体，并维持天然气水合物生成和分解相应的压力；这是一种原位测试方法，合成的天然气水合物无法取出，因为其取出之后即发生分解。这种合成的天然气水合物只能在高压力反应釜内进行基本的三轴力学测试以及声学、电学等基本物性测试，无法取出进行物理模型试验；而且，三轴土工试验所需沉积物样品体积小，一般直径小于4cm，高度小于10cm，压力相对容易控制，尚可以通过高压方法制备天然气水合物；然而，在进行物理模拟实验时，由于需要模拟天然气水合物分解造成的地质灾害，所需的沉积物样品体积一般较大，通过控制压力方法制备天然气水合物不现实。

发明内容

本发明提供一种三氯一氟甲烷在常压制备天然气水合物替代材料中的应用及其常压制备方法和所得的天然气水合物替代材料，解决了现有技术中合成的天然气水合物实验条件苛刻、样品体积小、只能原位进行测试实验、取出即发生分解无法满足物理模拟实验要求的问题。

本发明的一种三氯一氟甲烷在常压制备天然气水合物替代材料中的应用，其主要是通过以下技术方案加以实现的：所述天然气水合物替代材料是由三氯一氟甲烷与蒸馏水在常压下制备而成的，所述天然气水合物替代材料中，三氯一氟甲烷与蒸馏水的体积比为1:2～1:4。

本发明将三氯一氟甲烷即R11应用于制备天然气水合物即可燃冰替代材料中，三氯一氟甲烷与蒸馏水在常压下经过冷藏处理、混合、搅拌，即可得到天然气水合物替代材料；该天然气水合物替代材料又可以称为是可燃冰替代材料，其跟天然气水合物一样，为固体状态，是一种晶状笼型物质，具有类似冰状结构，在受热分解时能够产出气体和水；通过控制周围温度可以实现该可燃冰替代材料的分解，可进行大体积的物理模型试验，简化了物理模型试验条件，增强了安全性，使试验更容易控制。