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微波作用下天然氣水合物分解的研究進展及應用前景
作者： 李棟梁 樊栓獅（中國科學院廣州能源研究所氣體水合物中心，廣州） 收錄來源： 中國新能源網【摘要】微波具有獨特的加熱效果，已經有實驗證明微波對天然氣水合物的分解有很大的促進作用，具有一定的應用前景，本文將對微波和天然氣水合物的作用的國內外實驗研究進展進行介紹，并對之進行適當評述，最后對微波在天然氣工業中的應用進行展望。
天然氣水合物（Natural Gas Hydrate,簡稱Gas Hydrate），又稱籠形包合物（Clathrate），它是在一定條件（合適的溫度、壓力、氣體飽和度、水的鹽度、pH值等）下由水和天然氣組成的類冰的、非化學計量的、籠形結晶化合物，其遇火即可燃燒，俗稱“可燃冰”.它可用M.nH2O來表示，M代表水合物中的氣體分子，n為水合指數（也就是水分子數）。組成天然氣的成分如CH4、C2H6、C3H8、
C4H10等同系物以及CO2、N2、H2S等。
微波與無線電波、紅外線、可見光一樣都是電磁波，微波是指頻率為300MHz-300KMHz的電磁波，即波長在1米到1毫米之間的電磁波。在工業中常用來做加熱的微波頻率為2450MHz和915MHz.
微波在化學工業中已取得了很多成果，并已大量應用于各種化學工業中，現在已經逐漸成為一門新興學科--微波化學。主要原因是
微波具有獨特的加熱性能，其加熱與其他的加熱方式不同，熱量從介質內部產生，溫度場比較均勻，所以非常有利于化學反應的進行。而天然氣水合物是一種極性分子，它對微波有一定的吸收作用（天然氣水合物的介電常數大約為58,比冰略小[1]），在微波的輻射下會產生熱效應而分解。因此，在微波的作用下，可以加快天然氣水合物的分解，也可以抑制水合物的生成。
1.國內外研究進展
1.1 國外對微波和天然氣水合物作用的實驗研究
國外對水合物的研究起步較早，但由于實驗難度太大，對微波和水合物的研究也很少，1999年3月，美國密西西比州立大學的教授R. E. Rogers作了一個報告，他在報告中提到了的他們的一點研究[3].其實驗裝置如圖
1所示。
圖1 微波實驗裝置簡圖
實驗中的天然氣水合物由該實驗裝置制備，為了保證實驗的可重復性和實驗用水完全生成水合物，在水合物生成四天后才做微波分解實驗，微波源為
2450MHz,最大功率為1500瓦，微波的加入功率從60瓦逐漸增加到860瓦，實驗結果如圖2所示
圖2 微波功率與氣體產生率的關系
在研究中發現在微波到190瓦時，溫度有一個向下的尖峰，而這時的氣體分解率最大。可惜的是作者的主要任務是研究用天然氣水合物進行儲氣，認為大量的水合物分解可以用更經濟的方法得到，例如利用火電廠冷卻塔的熱水，因此實驗研究沒有延續下去。
1.2我國對微波和天然氣水合物作用的實驗研究
天然氣水合物的研究在我國起步較晚，而研究微波和天然氣水合物的相互作用也剛剛開始，據文獻[2]報道，集美大學的張軍、魏愛軍等曾經對其做過研究，其實驗系統和實驗裝置如圖3.
圖3 實驗系統示意圖
注：1.微波源；2.波導；3.定向偶合器；
4.矩圓過度器；5.水合物容器（包括5-1透明管，5-2、5-3容器進出口閥）；6.水管；7.水龍頭
實驗所用的的微波源為3kW、10GHz,水合物樣品取自四川石油管理局川西北礦區，并用冰柜低溫保存。通過實驗得出的結論為：
（1）微波對天然氣水合物的分解作用非常明顯，只要數十瓦的作用功率，就會使水合物生成區域內的溫度很快升高至分解溫度以上，從而使水合物能夠在很短的時間內分解。
（2）對于一定的微波作用功率，微波作用區域內（水合物）的溫度隨微波作用時間呈近似線形升高。
（3）提高微波作用功率，單位時間內的平均溫升增大，水合物分解速度也增大。
1.3結果分析
把微波獨特的加熱作用及電磁特性應用于天然氣水合物是一項新的課題，存在著許多難題，但從已做的實驗和得出的結論來看，微波對天然氣水合物的分解作用明顯，在防止管道堵塞、水合物儲氣等工業中水合物的快速分解已水合物資源的開采等工業中具有良好的應用前景。
2.微波在天然氣工業中的應用展望
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