新加坡科学家发现了一种方法,通过将添加剂1,3-二氧环烷与氨基酸结合,在常压和中等温度下迅速形成甲烷水合物。这种混合物比传统添加剂的毒性要小得多,并且可以在最快的反应时间内产生稳定的甲烷储存水合物。

目前储存甲烷的工业方法有其局限性。液化天然气需要极低的温度(−163°C)。同时,压缩天然气存在安全风险,需要昂贵的储罐。然而,凝固天然气,如天然气水合物,是一种在中等压力和温度下储存天然气的紧凑方式,并且以水为主要原料(>94%)。

高拉夫·巴塔查尔吉的照片

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新加坡国立大学林加实验室的高拉夫·巴塔查尔吉(Gaurav Bhattacharjee)手持一个凝固的天然气颗粒

天然气水合物是一种晶体包裹体化合物,其中气体分子被困在由水分子组成的主笼中。自然界以天然气水合物的形式储存了数百万年的甲烷,这些结构是燃烧最清洁的化石燃料的重要来源。“肉眼看来,甲烷水合物只是以冰或雪的形式出现,”解释道Praveen男性生殖器像来自新加坡国立大学。甲烷水合物的形成是一个简单的物理相变过程,天然气水合物和冰一样融化,释放出储存的气体和水,因此被称为可燃冰。

天然气水合物的商业应用受到水合物形成速度和长期储存稳定性等问题的限制。现在,普拉文和他的同事们发现,加入少量的l-色氨酸与热力学和动力学促进剂1,3-二氧环烷一起导致超快速水合物的形成。

l-色氨酸是一种良性的疏水氨基酸,在这里起着促进动力学的作用。它增加了水合物晶体的孔隙度和灵活性,并在晶体微观结构中开辟了通道。这促进了更大的甲烷-水接触,并允许更快的甲烷扩散到固相。

添加l与水- 1,3-二氧环烷体系相比,-色氨酸导致水合物生成速率增加147%。研究小组还发现,水合物颗粒在大气压力和- 5°C的温度下存储时表现出令人难以置信的稳定性。此外,它们的添加剂混合物也比传统的添加剂(如四氢呋喃)毒性更小,四氢呋喃既易挥发又致癌。

卡洛琳Koh美国科罗拉多矿业学院水合物研究中心主任,他称这项研究是一个令人印象深刻的进步。“在较低压力条件下和轻度制冷条件下快速形成甲烷水合物的能力是必要的要求,当与优化和降低启动剂浓度相结合时,对天然气水合物的实际应用将非常重要。”

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研究人员通过使用1,3-二恶烷和l -色氨酸解决了水合物形成的速度和稳定性问题

桢勋Sa来自韩国东亚大学的天然气水合物研究人员李哲伦(音译)表示,水合物的形成速率不足,且长期稳定,阻碍了水合物的实际应用。“值得注意的是,产出的水合物只能在大气压力下以268.15K的温度保存天然气8天。下一个中试规模测试将进一步提高固化天然气技术流程的工业适用性。”

Praveen说:“我们坚信,这是第一个真正具有商业可行性的凝固天然气技术过程。”他说,研究小组现在计划通过调整添加剂浓度和设计新的反应堆来提高可燃冰的容量气体储存能力。