泡沫铜对四氢呋喃水合物生成过程实验研究

王茂　陈川福　徐俊豪　谢冬磊

摘   要：针对四氢呋喃水合物诱导时间长、生长速率缓慢的问题，研究了新型材料泡沫铜对四氢呋喃水合物的影响。研究发现，泡沫铜可作为四氢呋喃水合物促进剂，随着温度的降低，四氢呋喃水合物诱导时间由44 min缩短至28 min左右。

关键词：水合物;四氢呋喃;泡沫铜

随着经济的高速增长，人民生活水平不断提高，建筑空调用量不断增加，空调设备加剧了峰谷用电的不平衡性[1]。蓄冷空调系统可以起到“移峰填谷”作用，氣体水合物作为蓄冷介质非常适合常规空调冷水机组[2]。但气体水合物在实际应用中存在着诱导时间长、生长速率缓慢等缺点。

马鸿凯[3]研究条状铜丝和绕城螺旋状的铜丝对HCFC141b水合物形成的影响，研究发现条状铜丝对实验影响不大，而螺旋状的铜丝可以有效促进水合物生成。汤小蒙等[4]研究了铜网促进四氢呋喃（Tetrahydrofuran，THF）水合物生成实验，实验结果表明铜网能缩短水合物形成的诱导时间。本课题提出一种新型材料泡沫铜，研究其对四氢呋喃水合物生成实验的影响。

1    实验研究

1.1  实验装置

图1是实验装置，主要包含低温恒温槽、水合容器、数据采集仪、温度传感器和泡沫铜等。其中，1为计算机;2为数据采集仪;3为低温恒温槽;4为反应器;5为Pt100;6为泡沫铜。

图1  水合物形成实验装置

1.2  实验材料

实验所用泡沫铜直径5 cm，厚度5 mm，平均孔径约2 mm。THF由天津市大茂化学试剂厂提供，纯度≥99%（质量分数），蒸馏水由实验室自制。

1.3  实验过程

实验中，THF与水均按理想配比1∶4.25配置并加入至水合容器中，在水合容器内放置泡沫铜，插入铂电阻并塞好橡胶塞。然后将水合容器放置在低温恒温水槽中，设定实验温度，同时，开启数据采集仪记录温度，实验体系见表1。

2.1  THF水合物形成过程

图2是温度为2.6 ℃条件下，THF在纯水中的水合物形成过程中的温度曲线。图2表明，纯水体系中，四氢呋喃水溶液超过24 h仍未出现明显的温升，表明THF水合物在静态条件下难以生成，远不能满足实际应用需求。

2.2  CF对水合物形成的影响

图3是温度为2.6 ℃条件下，在纯水体系中添加了泡沫铜的水溶液形成水合物的温度—时间变化曲线。图3表明，在实验体系中，添加泡沫铜后，THF水合物诱导时间为44 min左右，表明泡沫铜能有效促进水合物的生成。

2.3  水浴温度对水合物的影响

图4是恒温水浴温度分别为2.6 ℃和1.3 ℃条件下，THF水合物形成过程温度曲线。从图4可以看出，随着温度的降低，THF水合物生成的诱导时间缩短至28 min左右。表明恒温水浴温度越低，越能促进水合物生成。

3    结语

通过实验验证了新型材料泡沫铜可促进水合物生成，并研究了恒温水浴温度对THF水合物生成过程的影响。结论如下。

（1）纯水体系中，THF水溶液超过24 h未生成水合物。在THF纯水体系中，加入泡沫铜后，THF水合物生成，诱导时间为44 min左右。

（2）实验温度越低，过冷度增大，THF水合物诱导时间缩短至28 min左右。

[参考文献]

[1]李   刚，谢应明，刘道平.蓄冷空调新工质—气体水合物的替代选择概述[J].制冷学报，2008（3）：18-23.

[2]薛铠华.多孔介质中水合物赋存规律与分解特性研究[D].大连：大连理工大学，2016.

[3]马鸿凯.水合物蓄冷促进技术实验研究[D].苏州：苏州科技学院，2015.

[4]汤小蒙，孙志高，陈之帆，等.铜网促进四氢呋喃水合物生成实验[J].低温工程，2018，224（4）：29-33.

Experimental study on the THF hydrate formation with copper foam

Wang Mao， Chen Chuanfu， Xu Junhao， Xie Donglei

（Yancheng Institute Of Technology， Yancheng 224051， China）

Abstract：Aiming at the problem of long induction time and slow growth rate of THF hydrate， the effect of new material copper foam on the formation of THF hydrate was studied. It was found that copper foam could be used as a promoter of THF hydrate. With the decrease of temperature， the induced time of THF hydrate reduced from 44 min to 28 min.

Key words：hydrate; THF; CF