[发明专利]一种水合物促进剂性能的评价方法

说明书

本发明涉及一种水合物促进剂性能的评价方法，尤其涉及一种从水合物形成过程中成键本质出发，通过分析促进剂分子最高占据轨道和水分子最低未占轨道能量、促进剂分子直径与水合物笼子直径比值、以及促进剂分子与水分子间是否形成氢键或卤键的影响，从理论上评价水合物促进剂形成水合物性能、预测水合物晶体结构的方法。

技术领域

本发明涉及一种水合物促进剂性能的评价方法，尤其涉及一种从主客体分子间成键的微观结构出发，通过分析和对比水合物促进剂分子最高占据分子轨道能量与水分子最低未占分子轨道能量匹配程度、水合物促进剂分子直径与水合物笼子直径比值以及促进剂分子与水分子间是否形成氢键或卤键，从理论上评估从水合物促进剂促进水合物形成性能的方法。

背景技术

气体水合物是由水和气体分子构成一种具有笼状结构的化合物，通常存在于低温高压的条件下。其中，主体水分子通过氢键相连，形成一系列大小不同的多面体，这些多面体通过顶点或面相连，向空间发展形成笼状的水合物晶格。其中，笼状晶格可分为三种类型，其中小笼子512为五边十二面体；中笼子51262为12个五边形和2个六边形构成的十四面体，中笼子51264为12个五边形和4个六边形构成的十六面体，中笼子51268为12个五边形和8个六边形构成的二十面体；大笼子435663为3个四边形、6个五边形和3个六边形构成的十二面体。空水合物笼状结构不稳定，需要客体分子的填充来形成结构稳定的水合物晶体。根据客体分子尺寸的不同，水合物通常具有三种结构，分别为结构I型、结构II型和结构H型，不同的水合物类型具有不同的笼子结构，笼子的具体信息如详细情况如表1所示。

表1水合物的笼子结构及直径

通常在纯水体系中，气体形成的水合物温度和压力条件比较苛刻，如纯水体系中甲烷在277.6K温度下，甲烷水合物的相平衡压力是4.17MPa；氮气在277.4K温度下形成氮气水合物的相平衡压力高达25.20MPa(Jhaveri et al.,1965)。因此，要解决现有水合物应用技术中遇到的水合物形成条件苛刻以及水合物形成速率低的瓶颈问题，则需要水合物能在常温或低压的条件下的形成。目前，通常采用添加水合物促进剂的方式来降低水合物相平衡压力或提高水合物形成温度。一般认为，与气体客体分子相比，促进剂分子因具有较大的分子直径，容易填充水合物结构中大笼子，从而形成结构较稳定的含促进剂的水合物晶体，有效地降低含促进剂水合物形成水合物的相平衡压力。