甲烷分解

甲烷分解指的是甲烷或者含有甲烷的混合物的熱解過程。

基本介紹

• 中文名：甲烷分解
• 套用領域：化學，能源領域

簡介

CH₄在高溫下的分解反應相當複雜，其原理屬於游離基反應。隨著反應溫度的不同，CH₄的分解產物為甲基－CH₃、亞甲基－CH₂－、次甲基－CH、氫原子H等，這些基團又可以相互結合形成諸多種類的物質，如2個亞甲基結合，就形成了乙烯、2個次甲基結合就形成的乙炔。一般規律是：溫度越高，小分子量的產物就越多。當溫度升高至上千度時，CH₄就徹底分解為H₂和炭黑。

研究背景

天然氣水合物是由一種或幾種烴類氣體在一定的溫度和壓力下和水作用生成的一種非化學計量的籠型晶體化合物。形成天然氣水合物的主要成分是甲烷，甲烷體積分數超過99. 9% 的天然氣水合物通常稱為甲烷水合物。1體積水合物可以儲存150~ 180 體積標準狀態的天然氣 ，利用這一性質進行天然氣水合物儲存和運輸更安全而且更有效率。水合物儲運技術主要包括製備、處理、儲存運輸和分解等過程。由於氣體水合物的分解涉及到氣、液、固相，是一種較為複雜的物理化學過程，到目前為止，氣體水合物分解動力學的研究還不夠完善。

實驗裝置

實驗裝置主要包括反應釜、恆溫水浴、溫度與壓力測量儀表、流量計和數據採集系統等。裝置的核心是高壓反應釜，容積為1 L，最大工作壓力20 MPa，工作溫度範圍- 15~ 100 度。採用無級調速永磁旋轉攪拌裝置，轉速調節範圍0~ 1 500r/ min。反應釜的溫度由恆溫水浴控制，恆溫水浴控制精度為 0. 01 度 。反應釜內的溫度由2 個Pt100 鉑電阻測量，壓力調節閥前後的壓力由2 個0. 25 級精度的壓力表測量，壓力調節閥前的壓力表測量範圍為0~ 25 MPa，壓力調節閥後的壓力表測量範圍為0~ 10 MPa。

實驗裝置中設定緩衝罐，容積為12 L，最高工作壓力為15 MPa。水合物形成過程中的耗氣量由流量計測定，其重複精度均為量程的 2% 。流量顯示儀表可同時顯示瞬間流量和累積流量，採用數據採集系統進行流量、溫度、壓力的採集。此外，分解氣體體積由濕式氣體記錄儀記錄。

分解過程

實驗前用蒸餾水把反應釜清洗2 次，並用實驗氣體進行吹掃，然後抽真空。在反應釜中注入300 g 左右的蒸餾水。開啟水浴，調節恆溫水浴的溫度至實驗設定溫度後，開啟緩衝罐，給反應釜充氣，使反應釜中壓力達到實驗設定壓力。開始進行氣體流量的計量，氣體流量計顯示為零時表明反應結束。迅速調節水浴至分解反應需要溫度，待溫度穩定後開啟放氣閥，直至系統壓力為常壓，關閉放氣閥。開啟通向濕式氣體流量計的氣體閥，記錄不同時刻分解得到的氣體的體積值，直至濕式流量計的示數5 min 不變為止。