瓦斯浓度影响下水合物晶体结构Raman光谱特征

在初始温压2℃,5 MPa条件下开展了三种瓦斯混合气（CH_4—C_2H_6—N_2,G1=54∶36∶10,G2=67.5∶22.5∶10,G3=81∶9∶10）水合实验,利用可见显微拉曼光谱仪获取水合产物拉曼光谱,通过水合物相中C_2H_6 C—C键伸缩振动特征峰拉曼位移判断水合物晶体结构,利用谱图特征峰分峰拟合方法计算出瓦斯水合物孔穴占有率、水合指数等。研究发现：气样G1和G2水合产物为I型水合物、G3为Ⅱ型,气样中C_2H_6浓度改变导致水合物晶体结构转变;Ⅰ型结构水合物相中CH_4和C_2H_6含量受气样浓度影响较小,G1和G2体系中CH_4含量分别为34.4%和35.7%、C_2H_6含量分别为64.6%和63.9%,而G3体系中CH_4和C_2H_6含量分别为73.5%和22.8%,晶体结构对水合物相客体分子含量控制作用明显;G1~G3体系水合物相大孔穴的CH_4—C_2H_6占有率分别为98%,98%和92%,小孔穴的CH_4占有率分别为80%,60%和84%,N2由于分压较低且吸附能力较弱其小孔穴占有率不高于5%。

瓦斯水合物诱导时间影响因素实验研究

为探究多因素条件下瓦斯水合物诱导时间及其规律,利用自主设计的高压可视水合实验装置,由成核动力学实验确定了气体组分、NaCl质量分数及驱动力三种因素对瓦斯水合物诱导时间影响的程度,采用极差法和方差法对实验数据进行分析。结果表明:随着瓦斯中甲烷减少、丙烷增加,水合物的平均诱导时间先减少后增加;随着NaCl质量分数或驱动力Δp增加,水合物平均诱导时间逐渐减少;气样G_2、NaCl质量分数3.5%、驱动力1.5 MPa条件下瓦斯水合物诱导时间最短;驱动力Δp较气体组分对水合物诱导时间影响显著性强,NaCl质量分数的显著性较弱。

不同驱动力下瓦斯水合物生长过程Raman光谱特征

基于煤矿瓦斯(CH_4∶C_2H_6∶N_2=67.5∶22.5∶10)水合物相平衡曲线开展四种驱动力ΔP水合动力学实验,利用可见显微Raman光谱仪获取水合物生长过程光谱图,根据水合物相中C_2H_6 C—C键伸缩振动特征峰Raman位移确定了4组实验中水合物为sⅡ结构。基于van der Waals与Platteeuw模型获取瓦斯水合物生成过程中水合物相气体组分及水合指数变化规律。研究表明:驱动力的大小影响水合物的稳定性,随着驱动力的增加,CH_4相比C_2H_6逐渐占据更多的孔穴结构,CH_4在水合物相内比例增加,水合物稳定性越强;瓦斯中N_2,CH_4和C_2H_6进入水合物孔穴优先级可以通过分子与水合物孔穴的直径比进行确定,分析认为在sⅡ水合物结构中小孔穴CH_4优先级最高,大孔穴C_2H_6最高;基于瓦斯水合物稳定性,对水合物生长过程客体分子的物质传递规律进行描述,为瓦斯水合物的微观生长提供理论基础。