业界新标杆-高压微量热仪气体水合物研究

业界新标杆-高压微量热仪气体水合物研究

气体水合物是气体与水在一定温度和压力下形成的一种类似冰状的固体物质。根据形成水合物的气体分子不同，水合物可以分为很多类，其中最重要的就是有烷烃类气体形成的天然气水合物。针对天然气水合物的的开采、利用，油气开采过程中的流动保障，以及水合物分解可能造成的潜在环境问题等，有关天然气水合物的形成、分解及抑制机理的研究已经成为当今能源、环保等流域的热一大点。

针对水合物形成的高压-低温环境，具备制冷功能的高压DSC已经在天然气水合物的研究过程中得到了应用，但普通DSC较小的样品量及较低的灵敏度使其无法真正满足高水平的研究需求。

本方案所用仪器为MicroDSC7 Evo微量热仪，基于Setaram独有的卡尔维式三微量热原理，在高压环境中也可以保证极高的量热准确度，已在国内外气体水合物研究领域得到广泛认可，成为本领域研究的标杆型仪器设备之一。

以下为使用MicroDSC7 Evo进行气体水合物研究的典型系统配置示意图，微量热仪本身采用半导体制冷，无需液氮等外部冷源，高压环境由外部的高压气体控制面板控制，通过1/16管路与样品池连通。

下图（左）为典型的高压-低温条件下MicroDSC7 Evo热流测试曲线，根据不同压力条件下水合物的生成/分解温度，可以绘制如下图（右）所示的相水合物相图。

典型工作条件：

温度范围：20 ~ -40℃， 1K/min，恒温以便水合物形成

                  -40℃~20℃，1K/min，升温观测水合物分解

样品：水或添加抑制剂的溶液

            泥浆/砂浆

压力控制：根据实验需要设定恒定压力，由高压控制面板实现

高压搅拌样品池

通常条件下，水合物的形成首先多发生于-气-液界面，而生成的水合物会阻碍气液接触，从而影响水合物的生长，在微量热仪/高压DSC的测试过程中也很难避免此类现象发生，因此在很多实验过程中需要进行多个降温-升温-降温循环以保证水合物完全生成。

为解决这一问题，Setaram为微量热仪MicroDSC7 Evo及BT2.15特别开发了可以在高压条件下进行搅拌的样品池：

-基于磁矩耦合原理实现高压条件下的搅拌

-在水合物生成的同时打破界面隔绝，保证水合物“完全生成”

-进行准确的水合物生成动力学研究

-进行水合物比热容测定

下图中（i）为使用具备搅拌功能的样品池得到的单次降温水合物生成放热峰，（ii）及（iii）为使用普通高压样品池得到的单次降温水合物生成放热峰，可见其明显区别。

MicroDSC7 Evo参数：

温度范围：-45~120℃

程控升降温速率：0.001~2K/min  

制冷方式：帕尔贴                        

样品池最 高承受压力：1000Bar

样品池容积：约1mL

压力控制：1000Bar高压面板，实时动态控制压力或用户自建系统

BT2.15 参数：

温度范围：-196~200℃

制冷方式：液氮

程控升降温速率：0.001~1K/min                            

样品池最 高承受压力：1000Bar

样品池容积：约10mL

压力控制：1000Bar高压面板，实时动态控制压力或用户自建系统