《硫化氢水合物溶解度及热力学模型构建》

  • 来源专题:中国科学院文献情报系统—海洋科技情报网
  • 编译者: liguiju
  • 发布时间:2023-11-29
  • 近日,深海极端环境模拟研究室在国际期刊《Chemical Engineering Science》上发表了题为“Experimental determination and thermodynamic modeling of the hydrogen sulfide hydrate solubility in water”的研究论文,该研究测量了H2S水合物溶解度,并给出了热力学预测模型。

    H2S水合物溶解度是与H2S水合物处于相平衡时水溶液中的H2S溶解量,它是维持水合物稳定所需的最低H2S浓度,在含硫天然气流动保障和H2S分离处理中具有重要作用。该研究采用高压可视反应腔技术和激光拉曼光谱定量分析方法,测量了273.15-301.15K和相应温度下的三相平衡压力到100MPa范围内的H2S水合物溶解度,并基于van der Waals–Platteeuw理论建立了热力学模型,该模型能够准确预测相应温压条件下的H2S水合物溶解度。

    上述研究由国家自然科学基金提供经费支持,论文第一作者为吴传军助理研究员和陈姜智副研究员,两位分别负责实验研究以及热力学模型构建,蒋磊研究员为论文通讯作者。

    论文链接:https://doi.org/10.1016/j.ces.2023.119474.

  • 原文来源:http://www.idsse.cas.cn/yjjz2015/2023/202311/t20231116_6934138.html
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    • 相比于甲烷水合物,硫化氢水合物热力学、动力学方面的基础研究还比较缺乏,而自然界的天然气水合物往往是多种气体的混合物(如含有硫化氢、二氧化碳),相关基础研究与环境、能源问题密切相关。针对硫化氢水合物的微观特征及热力学稳定性问题,中国科学院深海科学与工程研究所深海极端模拟实验室蒋磊团队通过采用熔融毛细硅管原位观测和激光拉曼光谱技术相结合的方法完成两项研究成果,分别发表于《ACS Omega》和《Chemical Engineering Journal》。 过冷度对微孔隙内水合物的形成特征有较大的影响,高过冷条件下毛细硅管中水-气弯液面会先形成水合物光环,并向两侧生长,水合物以肉眼不可见的微晶、纤维状和针状晶体形态为主;中等过冷条件下水合物晶体以柱状多面体和骨架晶体为主,水合物的转化率要低于高过冷条件;低过冷条件下水合物以块状多面体形态为主,包括立方体和八面体。同时,该研究首次发现微孔隙内水合物能够以“桥接”方式连接。相关研究成果发表于《ACS Omega》,“Crystallization Behavior of the Hydrogen Sulfide Hydrate Formed in Microcapillaries”(DOI: 10.1021/acsomega.1c01051)。文章第一作者为中国科学院深海科学与工程研究所博士研究生孙既粤,通讯作者为蒋磊研究员。 另外,研究团队测量了H2S水合物在多种电解质溶液中的分解条件。实验结果表明,电解质浓度与抑制效应呈正相关;相同浓度条件下,MgCl2具有最强的抑制效果。在实验数据基础上,该研究建立了相关的热力学模型,准确地预测出H2S水合物在不同电解质溶液中的分解条件,并给出了相应的分解焓。在机理分析方面,通过拉曼光谱手段揭示了电解质通过改变溶液中氢键强度来影响水的活度,从而影响水合物的相平衡条件。相关研究成果发表于《Chemical Engineering Journal》,“Experimental measurement and thermodynamic modeling of dissociation conditions of hydrogen sulfide hydrate in the presence of electrolyte solutions”(DOI: 10.1016/j.cej.2021.133821)。文章第一作者为中国科学院深海科学与工程研究所博士研究生孙既粤,共同第一作者为西北大学孙睿教授,通讯作者为蒋磊研究员。    
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    • 近日,深海极端环境模拟研究室蒋磊研究团队,报道了广域温压条件下H2S–H2O体系模拟研究的实验结果,并与西北大学孙睿教授合作优化了相关的热力学计算模型。 1)基于拉曼光谱和高压可视反应腔实验平台,建立了硫化氢在纯水中浓度的定量分析方法,系统测定了广域温压范围内(303.15<T<573.15 K, P<100 MPa) 硫化氢在纯水中的溶解度,拓展了前人的数据范围;以新获取的实验数据为基础,优化了硫化氢溶解度的计算模型。 此项研究在线发表于《Chemical Geology》(Jiang L*, Xin Y, Chou I-M*, Sun R. 2020, Raman spectroscopic measurements of H2S solubility in pure water over a wide range of pressure and temperature and a refined thermodynamic model) 全文链接:https://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S0009254120303557 2)利用高压可视反应腔以及光学显微镜实验平台,系统分析了H2S水合物的形成条件,获取了水合物-溶液-硫化氢气体相、水合物-溶液-硫化氢液体相的相平衡数据,扩展了前人实验的温压范围(272.4 <T< 307.7 K, 0.0986<P< 66.128 MPa)。在此基础上,利用本文的实验数据,优化了现有热力学模型的计算精度,为水合物相关的地质应用提供了可靠的实验数据和计算模型。 此项研究在线发表于《Journal of Chemical & Engineering Data》(Sun J, Xin Y, Chou I-M, Sun R, and Jiang L*. 2020, Hydrate stability in the H2S–H2O system–visual observations and measurements in a high-pressure optical cell and thermodynamic models) 全文链接:https://pubs.acs.org/doi/10.1021/acs.jced.0c00217