气体水合物的研究与应用
天然气水合物研究历程及发展趋势新
天然气水合物研究历程及发展趋势摘要综合国内外关于天然气水合物的研究，概述其从发现、初步研究到深入研究的历程，总结了各阶段国内外天然气水合物研究的成果和进展。
从1810年发现天然气水合物以来，世界各地的科学家对气水化合物的类型和物化性质、自然赋存条件和成藏条件、资源评价、勘探开发手段等进行了广泛而卓有成效的研究。
总结世界各国天然气水合物的研究现状并指出了其发展趋势。
研究表明我国的许多海区具有天然气水合物形成的条件，希望2020年能够进行商业开采。
关键词：天然气水合物(gas hydrates)是一种由气体和水形成的冰状白色固态晶体，常在一种特定的高压低温条件下形成并稳定存在，广泛发育在浅海底层沉积物和深海大陆斜坡沉积地层以及极地地区的永久冻土层中。
目前各国科学家对全球天然气水合物的资源量较为一致的评价为2×1016m3，是剩余天然气储量的136倍(1·56×1 014 m3)，如果将此储量折算为地球上的有机碳资源，它将占总资源的一半以上。
1国外天然气水合物的研究现状由于当前化石燃料(包括煤、石油与天然气)，特别是其中的石油和天然气能源的短缺，使人们对天然气水合物这种高效潜在能源格外关注，自20世纪90年代以来，世界各国对潜力巨大的新型能源—天然气水合物的研究做了大量投入，已经取得了重大进展。
1995年，美国在海上钻井平台(简称ODP)第164航次中，率先在布莱克海脊布设了3口勘探井，首次有计划地取得了天然气水合物样品。
美国参议院委员会在1998年5月一致通过1418号议案—“天然气水合物研究与资源开发计划”。
把天然气水合物资源作为国家发展的战略能源列入长远计划，决定批准用于天然气水合物资源研究开发的每年投入为2 000万美元，计划到2015年实现商业性开采。
2002年4月，在圣彼德堡召开的国际海洋矿产会议上，美国地质调查局的W·J·Wintres展示的天然气水合物和沉积物检验实验室装置(简称GHASTLI)代表了当前天然气水合物模拟实验的最高水平，正在进行的是自然界和实验室形成的天然气水合物-沉积物的物理性质的研究。
天然气气体水合物的开发与利用
天然气气体水合物的开发与利用天然气气体水合物是一种新型的天然气资源，目前已经成为进行深海自然气勘探的焦点。
故而天然气气体水合物的开发与利用对于满足现代化经济和人民生活的需要，支持经济发展，建设繁荣社会意义重大。
本文将介绍天然气气体水合物的科学概念、开发和利用现状、以及未来可持续利用途径。
一、天然气气体水合物概述天然气气体水合物（Natural Gas Hydrate，NGHs）是一种含天然气的冰晶，是由天然气分子和水分子自然结合形成的一种天然化合物，主要分布在大洋中的沉积物层和陆地地下。
天然气气体水合物是一种新发现的天然气储藏形式，具有储量巨大、分布广泛、温室气体排放低等特点。
目前全球可开采储量约有1,500-10,000万亿立方米，价值极高。
二、气体水合物的开采现状在现阶段，天然气气体水合物的开采存在很多困难，最主要的难题是水合物的稳定性。
它只在深海或深层地下的高压和低温环境下形成，一旦形成之后，对温度、压力和外界环境的微小变化都十分敏感，很容易造成不稳定甚至自爆等问题。
目前，天然气气体水合物的开采还没有能够完全解决这些问题。
三、气体水合物的利用途径天然气气体水合物的利用途径有很多种，目前主要有以下三种方案：（1）燃料利用：天然气气体水合物能够替代传统燃料，生成燃气，作为燃料使用。
它具有高能量效益、无碳排放、资源充足等优点。
（2）海上采矿：由于气体水合物储量巨大，海上采矿也是一种可行的方案。
矿山开采需要在水合物层下方钻井，采用挖掘设备进行采集。
（3）制备化学品：气体水合物中也含有一些重要的化学品，例如甲烷、丙烷、乙烯和丙烯等，这些物质可以进行化学加工，制备成为有价值的化学品。
四、未来可持续利用途径未来气体水合物的开发和利用需要在可持续的基础上进行。
环境保护、岩石矿产资源保护、以及社会责任都要纳入考虑的范围。
分析未来的趋势，可持续的气体水合物开发和利用应该主要围绕以下四点展开：（1）技术创新：寻求更先进、更安全的采矿技术，以及设备更新、工艺创新等。
ch4、h2水合物
ch4、h2水合物
Ch4和H2O的水合物是指在一定条件下，甲烷（CH4）和水
（H2O）之间形成的化合物。
在这种情况下，水分子会与甲烷分子发生相互作用，形成一种水合物。
这种水合物可能在特定的温度和压力下稳定存在。
从化学角度来看，CH4和H2O之间的相互作用可能导致形成氢键或范德华力等化学键。
这种相互作用可能会影响甲烷和水的物理性质，例如溶解度、沸点和结晶形态等。
另一方面，从应用角度来看，CH4和H2O的水合物可能对天然气的储存和运输产生影响。
在天然气的输送过程中，水合物的形成可能会导致管道堵塞和系统故障，因此需要采取相应的措施来避免这种情况的发生。
此外，从环境角度来看，CH4和H2O的水合物也可能与甲烷的温室效应相关。
水合物的形成可能会影响甲烷的释放和稳定性，从而对大气中的温室气体含量产生影响。
总的来说，CH4和H2O的水合物涉及到化学、应用和环境等多
个方面的问题，需要综合考虑各种因素来全面理解和研究这一现象。
过冷度对气体水合物合成影响的实验研究
过冷度对气体水合物合成影响的实验研究
气体水合物是一种重要的天然气存储和运输方式。
气体水合物是由水分子和天然气分子在高压高温下形成的冰状物质，具有很高的稳定性和储气密度。
过冷度对气体水合物的合成过程有着重要的影响，本文将对其进行实验研究。
实验使用的装置是利用等压升温法合成气体水合物的自动化实验装置。
在装置中，它通过一个高压室和一条电加热管连接起来，高压室内装有氢气和水的混合物。
当电加热管通电时，高压室内温度升高，水和氢气混合物开始形成气体水合物。
实验中，通过改变升温速率和高压室内混合液的溶液温度，控制实验条件，得到不同的过冷度。
实验结果表明，过冷度对气体水合物的合成有着明显的影响。
随着过冷度的增加，气体水合物的合成速率降低，最终合成产物的水合物含量也降低。
此外，随着过冷度的增加，气体水合物的结晶度也降低，晶体表面的缺陷和空穴增加，从而导致气体水合物的稳定性降低。
这是因为，在过冷度状态下，溶液中的水分子和气体分子的活动性降低，形成水合物晶体的生成能力也降低。
过冷度状态下，水合物的结构和稳定性受到很大的影响，晶体结构也变得更加松散。
因此，过冷度会影响气体水合物的结晶过程和晶体缺陷的形成，导致水合物产量和结晶度的下降。
总之，过冷度对气体水合物的合成影响明显。
在实际的气体水合物合成过程中，需要选择合适的实验条件，以获得较高的气
体水合物产量和结晶度。
这项实验研究有助于更好地理解气体水合物合成机理，为气体水合物的应用研究提供参考。
水合物相平衡模型的研究及应用
水合物相平衡模型的研究及应用【摘要】预测气体水合物相平衡条件的理论模型有很多种，本文在对这些模型进行分析比较的基础上，给出了它们各自的优缺点和适用范围，并在此基础上对Chen-Guo模型进行了改进，使其在预测水合物生成条件方面得到优化。
提出了一种预测液相中含有电解质或（和）醇的酸性气体水合物生成条件的新方法，并对水合物气体分离技术进行了研究。
【关键词】水合物相平衡模型气体分离1 前言利用水合物进行气体分离是一门新颖的学科。
水合物法分离气体是基于各种气体形成水合物的压力差别很大，控制压力使易生成水合物的组分发生相态变化（从气态到固态），因此通过形成水合物易进行某些气体分离，如甲烷和乙烷、甲烷和乙烯等。
与超临界萃取、深冷分离和冷冻结晶分离相比，水合物的生成条件温和、能耗低、分离效率高而且对环境无害，具有广阔的应用前景。
利用水合物进行气体分离就必须对水合物的相平衡条件进行深入的研究，气体水合物相平衡热力学主要解决气体水合物形成和存在的温度、压力条件，预测已知状态系统是否可形成水合物。
其理论依据主要是多相系统相平衡理论，而这要涉及到水合系统所有相中每一组分化学势（逸度）的计算。
因此，建立所有物质在每一相中的化学势（逸度）模型是气体水合物相平衡热力学的主要任务。
2 热力学预测模型的分析根据相平衡准则，平衡时多元混合物体系中的每个组分在各相中的化学势相等，采用水（W）作为考察组分，即：由上式可知，预测水合物生成条件的理论模型可分为水合物相和富水相的热力学模型两部分。
范德瓦尔-普朗特根据水合物晶体结构的特点，应用统计热力学方法结合兰格缪尔气体等温吸附理论，推导出如下的表达式：C为客体分子j在i型空穴中的兰格缪尔常数；NC为气体混合物中可生成水合物的组分数目。
以后针对ijC的计算，又提出了多种对此模型的改进，主要有：Parrish-Pransnitz模型，Holder-John模型，Ng-Robinson模型和Du-Guo模型等。
甲烷水合物的存在和稳定性及其在能源领域的应用
甲烷水合物的存在和稳定性及其在能源领域的应用一、甲烷水合物的概述甲烷水合物（Methane Hydrate）是一种天然气水合物，通常在海底深处和冷海洋沉积物中发现。
它是由甲烷分子和水分子在一定条件下形成的晶体，化学式为CH4·5.75H2O，是一种富集天然气的重要方式。
甲烷水合物最早被发现是在18世纪，但直到20世纪60年代才被人们重视。
现在已经发现了世界各大洋深处和北极地区的大量甲烷水合物储量，具有极高的开发价值。
二、甲烷水合物的形成机理甲烷水合物是在一定条件下，水分子和甲烷分子形成的晶体。
在自然状态下，当温度和压力较低时，水分子可以通过氢键作用形成六面体晶体结构。
当水分子的温度低于0℃和压力高于正常大气压时，容易将甲烷分子吸附在六面体空隙中。
这时，甲烷和水分子的相对分布会呈现出一种典型的格子排列方式，即甲烷分子的底面中心与六面体角或边上的氧原子相接触。
同时，甲烷分子之间也会通过范德华力相互作用形成氢键。
三、甲烷水合物的稳定性甲烷水合物的稳定性与其所处的温度和压力、化学环境等因素有关。
一般来说，甲烷水合物只有在特定的温度和压力下才能稳定存在。
由于甲烷水合物是在海底深处和极寒的环境中形成，因此它的稳定性与外部环境密切相关，温度过高或压力过低都可能导致水合物分解和释放出甲烷等天然气。
四、甲烷水合物在能源领域的应用由于甲烷水合物具有丰富的储量和高的开采价值，因此在能源领域有着广泛的应用。
首先，甲烷水合物是天然气的重要来源之一。
据估计，全球甲烷水合物储量在1.5万亿-5万亿立方米之间，已经超过了传统的石油和天然气储量总和。
开采甲烷水合物可以有效缓解天然气短缺问题，并为能源领域的可持续发展作出贡献。
此外，甲烷水合物还可以作为一种新型的能源储存材料。
目前，研究人员已经开展了关于甲烷水合物的高压储氢实验，证明了甲烷水合物在储存氢气方面具有很高的潜力。
这为推动清洁能源的发展提供了新的思路和方法。
此外，甲烷水合物在环境保护方面也具有着重要意义。
气体水合物的研究进展及应用
１气体水 合物 的结构
气体 水合 物 （ ａ ｙ ｒ ｅ ）是 指 由水 Ｇ ｓＨ ｄ ｔ ａｓ 和 甲 烷 、乙烷 、丙 烷 、 丁 烷 、正 丁烷 、氮 异
同 ．分 为 ｌ 、Ｉ 型 Ｉ 型 Ｈ型 三 种 结构 。ｌ 型水
合物 为 １ 面 和 １ 面体 ． 立 方 晶体 结 构 ． ２ ４ 属 能 容 纳 甲 烷 、乙 烷及 二 氧 化碳 、硫化 氢 、 气 氮
源 量 计 算 、水 合 物 地 球 化 学 和 地球 物 理 调
查 ， 以及 模 拟 开 采 等 ； （ ３）输 运 管 道 中 气 体 水 合 物 抑 制 研 究 ，包 括 抑 制 剂 的开 发 以及 抑 制 方 法 的研
究；
分 子 数 。 当其 中 甲烷 含 量 超 过 气 体 总 量 的
通 入 常压 下 ０Ｃ的水 中 ， 次 发 现 了 气体 水 。 首 合 物 ，但 当 时 他 没 有 将 这 种 晶体 命 名 为 水 合 物 。３ 年 后 ，Ｈ ｍｐ ｒ Ｄ ｖ 发 现 了液 态 ３ ｕ ｈｙ ａ ｙ
（ ２） 天 然 气 水 合 物 资 源 勘 探 开 发 研 究， 包括 气体 水 合 物地 质学 、 藏 分 布 、 矿 资
Ｈ ｍ ｒ ｈ ｔ 究 发现 在 冬 季 堵 塞 油 气 管 ａ ｍｅ ｃ ｍＪ 研 ｓ ｄ 路 的 固体 是 气 体 水 合 物 ．而 不 是 之 前 认 为 的水 压 试 验水 和冷 凝 水 结 的 冰 。 研 究 气体
水 合 物 的形 成 条件 以及 寻 找 有 效 的 抑 制 管
氯 的络 合 物 ， 将 其 命 名 为气 体 水 合 物 。 并 因
此 ，水 合 物 界 一 致 认 为 Ｄ ｖ 是 气 体 水 合 物 ａｙ
制冷剂气体水合物用于蓄冷空调中的探讨
１ 前 言
由于能源 和 电力 供应 紧张 ， 别是 进 入 夏 季 特
以来 ， 调用 电负荷量 比例 在逐年 增加 ， 国缺 电 空 全
冷空调 … 不仅 可 以 调 节 电力 供 需 、 峰填 谷 、 移 平
衡 能 量 系统 ， 且 可 以降低 能耗 、 约 运行 费用 ， 而 节 实现 能量 的高 效合理 利用 。 所谓 蓄冷 空调 ， 即利用 夜 间廉 价 电力 ， 开动 制 冷机 制冷 ， 利用水 、 并 制冷 剂水合 物及共 晶盐 等物
ｓ ｒ ｇ ｄａ ｉ ｉ ｃ ｎ ｉ ｏ ｉ ｇ ｗ ｒ ｎ ｌｚ ｄ Ｔ ｅ ｓ ｂ ｔ ｕ ｉｎ ｏ ｅｒｇ ｒ ｎ ａ ｙ ｒ ｔ ｃ ｙ ｔｌｋ ｎ ｔ ｓａ ｄ ｃ ｌｓ ｒ ｇ ｙ ・ ｔ ａ ｅ ｍｅ ｉ ｎ ａ ｒ ｏ ｄｔ ｎ ｎ ｅ ｅ ａ ａｙ ｅ ． ｈ ｕ ｓｉ ｔ ｒ ｆ ｅａ ｔｇ ｈ ｄ ａｅ． ｒ ｓ ｉｅｉ ｎ ｏ ｔ ａ ｅ ｓ ｓ ｏ ｉ ｔ ｏ ｆ ｉ ｓ ａ ｃ ｏ ｔｍｓ ｗ ｒ ｏｍｕ ａｅ ｎ ｔ ｉ ｐ ｐ ｒ ｏ ｅ ｅ ｒ ｈ ｅ ｈ ｓｓ ｓｗｅ ｅ ｐ ｏ ｏ ｅ ｏ ｓａ ｐ ｉａｉ ｎ ｅ ｅ ｅｆ ｒ ｌｔ ｄ ｉ ｓ ａ ｅ ．Ｓ ｍｅ ｒｓ ａｃ ｍｐ ａ ｉ ｒ ｒ ｐ ｓ ｄ ｆｒ ｉ ｐ ｌ ｔ ． ｈ ｅ ｔ ｃ ｏ Ｋｅ ｗｏ ｄ ： ｄ ａｅ ｏ ｌｓ ｒ ｇ ｄ ａ ｒ ｓａ ｉ ｅｉ ｓ ｏ ｌｓｏａ ｅ ｓ ｓ ｍ ｙ ｒ ｓ Ｈｙ ｒｔ ，Ｃ ｏ ｔ ａ ｅ ｍｅ ｉ ，Ｃ ｔｌｋ ｎ ｔ ，Ｃ ｏ ｔ ｒｇ ｙ ｔ ｏ ｙ ｃ ｅ
Ａｂ ｔａ ｔ ｓ ｒ ｃ ：Ａｓａ ｓ ｏｔｏ ｅ ｅ ｅ ｇ ｎ ｌｃｒ ｉ ， ｅ ｐ ｅ ｓ ｒ ｔ ａ ｔ ｎｉ ｎ ｔ ｅ ｃ ｏ ｔｒ ｇ ｅ ｈ ｏｏ ．Ｉ ｉｗ ｏ ｅ ｈ ｒ ｆｔ ｎ ｒｙ ａ ｄ ｅｅ ｔ ｃ ｔ ｐ ｏ ｌ ｔ ｔ ｏｐ ｙａ ｔ ｔ ｏｔ ｏ ｌ ｏ ａ ｅｔ ｃ ｎ ｌｇ ｈ ｉ ｙ ａ ｅ ｏ ｈ ｓ ｙ ｎ ｖｅ ｔ ｆ ｈ
天然气水合物的开采与应用
天然气水合物的开采与应用天然气水合物，简称天然气冰，是固态的天然气和水混合体，主要由甲烷组成。
在高压低温的环境下形成，通常存在于海底深处。
天然气水合物是一种崭新的能源来源，被誉为能源领域的“黑马”。
不仅具有较高的能量密度和广泛应用前景，而且储量巨大。
据国际能源署预计，全球天然气水合物储量为气体当量2.5万亿至3万亿立方米，约为全球天然气储量的2000倍。
因此，开采与应用天然气水合物具有重要的战略意义和深远的经济意义。
一、天然气水合物的开采目前，天然气水合物的开采技术还处于起步阶段。
其开采方式主要分为两种：海洋开采和陆地开采。
海洋开采是目前天然气水合物开采的主要方式。
目前被认为最有潜力的区域是东海、南海和北极地区。
这些地区都是高压低温的海底环境，适合天然气水合物的形成和储存。
目前，日本、韩国、美国等国家已进行了国内水合物沉积规模和分布的调研和评估。
陆地开采主要是指天然气水合物的煤层气开采。
这种开采方式目前在中国较为流行，主要选择煤层气富集区域。
在我国，这种方式的开发具有较高的经济、环保和社会效益。
二、天然气水合物的应用天然气水合物具有很高的能量含量和广泛的应用前景，可以替代传统燃料，实现能源结构的转型。
其应用领域主要包括燃料、化工、热电联产等。
1.燃料领域天然气水合物可以清洁高效地燃烧，是替代煤炭和油类燃料的一种重要选择。
它的主要优点是燃烧后不会产生大气污染物和温室气体，且能够降低车载和船舶的运输成本。
目前，日本和韩国等国家已将天然气水合物列为稳定的燃料资源，是实现低碳经济、环保经济的一个良好选择。
2.化工领域天然气水合物可以通过裂解甲烷等方式，生产出丰富的化学原料，如丙烯、丁烯等。
这些物质广泛应用于塑料、橡胶、合成纤维、服装、医疗等行业，对提高我国化学工业的核心竞争力和推动经济发展具有重要意义。
3.热电联产利用天然气水合物进行热电联产，可以有效解决城市和工业部门的供热和供电需求。
特别是在冷地区，天然气水合物具有广阔的应用前景。
甲烷水合物研究进展
甲烷水合物研究进展甲烷水合物是一种天然气水合物，其主要成分为甲烷和水。
其存储在富含有机碳和深海沉积物的海底，具有巨大的经济开发潜力。
然而，甲烷水合物的开发和利用仍然处于研究阶段，需要进行大量的实验研究和理论探索。
本文将介绍甲烷水合物的研究进展，包括其形成机理、开采和利用技术以及环境影响。
一、甲烷水合物的形成机理甲烷水合物是在高压和低温下形成的。
它的形成需要充足的有机碳来源，水和适宜的温度和压力条件。
在地球上，甲烷水合物主要存在于极地和深海环境中。
在深海中，富含沉积物的海底是甲烷水合物的重要存储地点。
由于过去几十年里水面下沉积物不断积累，导致了甲烷水合物的增长和积累。
此外，甲烷水合物形成也与生物过程有关。
微生物的代谢会产生大量的甲烷，这些甲烷在一定条件下可以与水结合形成甲烷水合物。
因此，研究甲烷水合物的形成过程对于了解深海生态系统和碳循环具有重要意义。
二、甲烷水合物的开采和利用技术甲烷水合物的开采和利用技术仍然处于研究阶段。
开采甲烷水合物的方法通常包括热解、减压和置换。
其中，热解是最常用的方法，它利用高温和高压条件把甲烷水合物转化为天然气从而释放甲烷。
减压方法是将甲烷水合物从高压环境中释放，利用减压将甲烷水合物转化为天然气。
置换方法则是将水替换成其他物质，如二氧化碳或氮气，从而使甲烷水合物的甲烷部分释放出来。
目前，甲烷水合物的开采还面临一些技术难题，如切割和采集甲烷水合物的设备设计、开采过程中甲烷泄漏和其它环境风险的预防等。
因此，加强开采和利用技术的研究和发展对于大规模、高效地分离和提取甲烷水合物具有重要意义。
三、甲烷水合物的环境影响甲烷是一种温室气体，其增加会导致大气温度升高，进而引发全球气候变化。
因此，甲烷水合物的开采和利用可能会对全球气候产生不利影响。
此外，在甲烷水合物开采和利用的过程中还会产生废水、渣土和废气等污染物，给环境带来压力和危害。
因此，在进行甲烷水合物研究和利用时需要按照环保法律和规范要求，采取措施保护是环境湿地、码头和港口。
甲烷水合物的结构与性质研究
甲烷水合物的结构与性质研究甲烷水合物（Methane Hydrate）是一种在海洋和极地地区广泛存在的天然气水合物，也是一种新兴的能源资源。
它具有独特的结构和性质，对于理解地球的气候变化、能源开发和环境保护等领域都具有重要意义。
本文将从甲烷水合物的结构和性质两个方面展开研究。
一、甲烷水合物的结构甲烷水合物的结构是指甲烷分子与水分子形成的晶体结构。
其晶体结构由两个主要组成部分构成：甲烷分子和水分子。
甲烷分子以共价键的方式与水分子相互作用，形成多种不同的结构类型。
最常见的结构类型是I型水合物，其中每个甲烷分子被六个水分子所包围，形成类似冰的晶体结构。
除了I型水合物，还有II型、H型、Q型等不同的结构类型。
这些结构类型的差异来源于甲烷分子和水分子之间的相互作用力及晶体排列方式的不同。
二、甲烷水合物的性质甲烷水合物具有一系列特殊的性质，主要包括稳定性、吸附性、导电性和力学性质等。
1. 稳定性：甲烷水合物在高压条件下相对稳定，但在温度或压力变化时可能分解释放出甲烷气体。
在自然条件下，甲烷水合物多存在于深海底部的冷水区域，稳定性较高。
2. 吸附性：甲烷水合物具有高度的吸附能力，能够吸附多种分子，如二氧化碳、丙烷等。
这使得甲烷水合物在储存和运输其他气体上具有潜在的应用价值。
3. 导电性：甲烷水合物在一定条件下具有一定的电导性。
这一性质与甲烷和水分子之间的相互作用力有关，对于研究甲烷水合物的电学性质和应用具有一定意义。
4. 力学性质：甲烷水合物具有较强的可塑性和变形能力，这使得它在地质构造和岩石力学等领域的研究具有重要意义。
三、甲烷水合物的应用前景甲烷水合物由于其丰富的储量和广泛的分布地域，被视为一种新兴的能源资源。
其潜在的应用领域包括能源开发、化工合成、环境保护等。
1. 能源开发：甲烷水合物作为一种可再生能源，具有巨大的开发潜力。
通过提取其中的甲烷气体，可以作为替代传统化石燃料的清洁能源供应。
2. 化工合成：甲烷水合物中吸附的其他气体如二氧化碳和氢气，可以作为化学反应的原料。
天然气水合物的开发与利用技术
天然气水合物的开发与利用技术随着人类经济的发展和城市化进程的推进，能源需求日益增长，为了满足能源需求，人们对所有的潜在能源资源展开了深入的研究，天然气水合物就是其中之一。
天然气水合物是一种新型的天然气资源，是在海洋和极地地区的超低温高压条件下，甲烷在水分子的帮助下形成的冰-like物质。
虽然这种资源自20世纪70年代以来就已经被发现，但是由于技术落后，难以开采和利用，因此直到近年来才引起人们的重视。
本文旨在探讨天然气水合物的开发与利用技术。
一、天然气水合物的开采技术天然气水合物开采技术是目前研究的核心问题之一。
在开采天然气水合物的过程中存在许多技术难题，如海洋环境复杂、气水合物粘稠、通气性差、开采力学问题、成本问题等。
在这些问题之中，目前最重要的难题是如何保持天然气水合物固态结构。
保持天然气水合物固态结构的方法有许多。
其中一种比较有前途的方法是利用二氧化碳替换水分子。
由于二氧化碳分子比水分子小，可以穿透到气水合物的结构中，并把水分子代替掉。
这种方法可以在不改变气水合物结构的情况下，提高透气率和渗透性，从而有效地提高开采效率。
此外，还有一种比较成熟的天然气水合物开采技术，即利用减压法。
减压法是指通过降低环境压力，使天然气水合物失去稳定性，并将其中的天然气释放出来。
这种方法的优点是简单易行，但在实际操作中存在一些问题，如天然气的释放速度慢，容易导致爆炸等危险。
二、天然气水合物的利用技术天然气水合物开采虽然存在诸多技术难题，但其所蕴含的能源资源巨大，具有广阔的应用前景。
当前，天然气水合物的利用技术主要分为三大类，即燃料利用、化学利用和CO2封存利用。
1、燃料利用天然气水合物中，甲烷含量非常高，其三维晶体结构中储存的天然气比煤、石油等传统燃料更加丰富、干净、高效。
因此，天然气水合物在燃料领域的利用非常广泛。
可以用于工业生产、城市供热、燃料电池等多个领域。
其热值高、燃烧无害，相对于煤炭、石油等传统燃料来源，它的环保性与经济性更占优势。
气体水合物相平衡模型的研究与改进
在第一个过程中，溶于水中的气体小分子与包围它的
物技术在底层天然气资源的发掘、储存和运输等领域有着 水分子形成不稳定的分子束，分子束的大小取决于气体分
很好的应用前景。
子的大小，一种分子只能形成一种大小的分子束。分子束
将水合物技术应用于工业生产就应深入研究水合物的 实际上是一种多面体，它们缔合过程中为保持水分子4个
目前，对气体水合物生成条件的判断主要有气体水合物相
H2O O2G o GO2.H2O （(11)）
和富水相两部分热力学模型。其中Chen-Guo模݊型Ё是ˈ其G中㸼冫ᅶԧߚᄤ˗Ȝ Ў⸔∈ড়⠽Ё↣Ͼ∈ߚᄤ᠔ࣙ㒰ⱘ⇨ԧߚᄤ᭄DŽ 重要的一种模型。Chen-Guo模型在长期应用ㄝ中˅ˈᣝ也߭✻逐ϡ݄渐ӮḐ䖯被㓾ܹᇨ䖲䰘ᄨ⧚ˈ䆎㗠其ˈᇣ中 ߚ，ᄤ䰘ӮG䖛表䖯ܹ示Ё䖲客ˈ体⒊ᄨ分ѢЁ子∈DŽⱘ；⇨λԧ2为ߚ基 ᄤབ础ᵰ水䖛合物˄中བ每C2H个6ǃ水C分 3H8
2018年第1期
技术研究
气体水合物相平衡模型的研究与改进
许国栋1 李曼曼2 唐建峰3
1. 中国石油工程建设有限公司北京设计分公司 北京 100085
2. 北京市燃气集团研究院 北京 100011
3. 中国石油大学（华东） 山东 青岛 266580 摘要：大多数预测气体水合物相平衡条件的理论模型都是基于范德瓦尔-普朗特统计热力学基本模型发展而来的。对 范德瓦尔-普朗特模型的改进主要集中于对兰格缪尔吸附常数计算方法的改进，但结果始终不能令人满意。1996年陈光进 和郭天民提出了一个完全不同于范德瓦尔-普朗特模型的全新的水合物模型。Chen-Guo认为水合物的成核过程同时进行 着以下两种动力学过程：准化学反应动力学过程和吸附动力学过程。在对各类气体水合物体系的相平衡条件进行预测时， Chen-Guo模型的计算结果与实验数值符合得更好。本文对Chen-Guo模型进行了改进，使其可以预测含醇或/和电解质溶 液水合物的相平衡条件，并考虑了气体在水中溶解度对水合物相平衡条件的影响，使Chen-Guo模型在预测水合物生成条 件方面得到优化。 关键词：水合物 相平衡 电解质 醇类 理论模型
天然气水合物研究分析
2019年11月天然气水合物研究分析杨楠（辽河油田海南油气勘探分公司，辽宁盘锦124010）摘要：结合实际，对天然气水合物进行研究，首先阐述天然气水合物开发现状，其次在论述天然气水合物研究方向同时，对该技术在实践过程中的要点进行研究，希望阐述后，可以给相关领域的研究者提供帮助。
关键词：天然气；水合物；研究分析1天然气水合物开发研究进展从世界范围内来分析，主要是开展了8次天然气水合物的试采工作，特别是在2017年5月在我国南海神狐海域内试采达到30.9×104ｍ3的累计产气量和60ｄ的连续开采，创造世界纪录。
但是水合物在开采的过程，需要考虑到内部水合物相变的实际情况，然气水多相渗流会随着气水砂运移和外部环境传热条件没有充分的了解清楚，并且开采环节中由于砂质胶合物分解后会给沉积层力学性能造成较大的影响，而这些问题的存在使得整个开采过程无法达到安全性的要求。
因此，要想达到水合物的安全、高效、经济性的提升，还需要加强该技术的研发，实现技术性的突破。
天然气水合物的研发和应用，总结经过组成结构研发、热力学模型研究、动力学研究等3个环节。
1810年，氯气水合物已经开展了第1次实现人工合成，给水合物的利用开启了先河，进入到20世纪50年代，Stackelberg 和Claussen 首次确定了Ⅰ型和Ⅱ型水合物中的小分子气体与水分子在持续低温的条件之下会逐步的形成笼型的晶体结构，给水合物的开采带来了非常大的优势，从此进入快速研发阶段。
1958年，Waals 和Plat-teeuw 提出以统计热力学为基础所建立的热力学模型，加强了对于水合物方面的研发和利用，了解其具体的赋存条件等。
1965年，前苏联在进行麦索雅哈气田开发的过程中，也是首次在世界范围内公布了自然界中的天然气水合物的储量存在，受到世界工业领域的持续关注，并于1968年进行了首次水合物的试采，开创历史，但是从整体上来说，在试采中存在产量低、管道堵塞等问题，阻碍了水合物的持续开采，所以各个国家开始进行储层内相变规律的研发，也是科学家研究的重点。
新型畜冷工质气体水合物研究现状及其应用
拿大 ， 日本 ，俄 罗斯 ，法 国 ，印度 七个 国家 十一 位
代表 。 当前 国际气 体水 合物 研 究 的最 新动 态和 进 就
形 晶格 中大 都各 自包 孕着 一个 气 体 （ 然 的气 体水 天
合 物 中主要 是 甲烷 ， 工 气体 水合 物 中可 以是其它 人
展进 行 了交流 。由此可 见 ，能源 紧缺迫 使人们 开发 和利 用新 能源 。 在与 我们 关系 紧 密 的空调技 术 中蓄 冷技 术应 用非 常广 泛 ，它 不仅可 以调节 能量供 需 ，
见 的气 体水 合物 有两 大类 ： 一类 是 制冷剂 气 体水合 物 ，（ 又称 为暖冰 ） ，另 一类 是天 然气气 体 水合物 。 我 在 这里 主要讲 述 的是前 者 。 为制冷 剂气 体水合 因
物 有 其 独特 的 相变 特 性 ，被 认 为 是理 想 的畜 冷工
质。
赐 人 类 的 巨大 资 源 ，经 历 了 漫长 艰 辛 历 程 。 １ １ ８０ 年 ，英 国皇家 学会 学者 Ｈｍ ｈ ｙＤ ｖ ｕｐ ｒ ａｙ在 实验 室首
Ｘｕ Ｙｏ ｇ ｏ Ｔｏ ｇ Ｍ ｉ ｗｅ ｎ ｓ ｎｇ ｎ ｎｇ ｉ
ｆ ｏｌ ｅ ｆ ｏ ｒ ｎ ｉｅｒ ｇｏ Ｃ ｏ ｇ ｉｇ ｉｅ ｉ ｌ ｇ Ｐ ｗｅ Ｅ ｇｎｅｉ ｆ ｈ ｎ ｑｎ ｖｒ ｔ Ｃ ｅ ｏ ｎ Ｕｎ ｓ ｙ
４ ０７） １０ ５
［ ｓ ａ ｔ Ｉｔ ｄ ｃｓｈ ｅ ｔ ｅｃｏ ｓ ｒｇ ｄｕ ａ ｙｒｔ ｄ ｒｓｎｓ ｈ ｔａ ｏ ｅ ｒ ｓａｃ ｆ Ａｂｔ ｃ］ ｒ ｎｒ ｕ ｅ ｅ ｗ－ ｐ ｌｔ ａｅ ｏ ｔ ｎ ｙ ｏ ｏ ｍｅ ｉｍ ｇｓ ｄ ｅ ｎ ｅｅｔｔｅ ｉ ｔ ｎｏ ｔ ｏｙ ｅｅｒｈｏ ｈ ａ ａ ｐ ｓｕ ｉ ｎ ｈ ｒ
气体水合物技术及应用发展现状分析
气体水合物技术及应用发展现状分析气体水合物技术是近年来备受关注的研究领域之一，这种技术可广泛应用于海洋工程、能源开采等领域。
本文将针对气体水合物技术及其应用发展现状进行分析。
一、气体水合物技术介绍气体水合物是一种在高压下形成的物质，是天然气、二氧化碳等气体分子在水分子中形成的结晶物质。
将气体水合物暴露于常温常压下时，其会原状态下的体积收缩为约1/170倍，能大幅度提高天然气等气体的贮存密度和输送效率。
气体水合物的开采及利用可替代化石燃料，为清洁能源的开发提供了新手段。
二、气体水合物技术的发展1. 气体水合物的开采首次成功地从深海中采集出大规模的气体水合物是在2004年，中国、日本、美国等国家均参与了相关的研究工作。
然而，气体水合物的开采技术目前仍处于实验研究阶段，远未达到工业级别。
2. 气体水合物的应用气体水合物的应用主要集中在清洁能源、海洋工程和制冷等领域。
其中清洁能源是气体水合物领域的主要应用之一。
据研究表明，气体水合物具有比化石燃料更加清洁、安全、低廉等优点，将成为未来的主要能源来源。
三、气体水合物技术的发展现状1. 技术发展气体水合物技术的发展可分为气体水合物基础研究和工业应用开发研究两个方面。
在基础研究方面，国内外学者致力于研究气体水合物的形成机理、储层特征、导流运移特性等方面的问题。
而在工业应用方面，主要涉及气体水合物的开采、储存、输送等方面的技术。
2. 发展趋势目前，气体水合物的开采技术尚未完全成熟，需要进一步对其进行研究和开发。
随着研究的深入，气体水合物的开采和利用将会快速发展。
同时，随着全球对于清洁能源需求的不断增加，气体水合物将成为一种备受关注的清洁能源。
四、未来展望随着气体水合物技术的不断发展，其在清洁能源领域和海洋工程等领域的应用将会得到广泛推广。
同时，从国内外走势来看，气体水合物的开采和利用将成为未来的主要发展方向。
因此，在技术研究和产业发展方面，需要大幅度加强投入和合作，以实现该领域的快速发展。
水合物技术
水合物技术水合物技术是一种将天然气和水混合形成固态的化学过程。
它是一项具有巨大潜力的能源开发技术，不仅可以提高天然气资源利用率，还可以应对能源需求不断增长的挑战。
本文将介绍水合物技术的原理、应用和前景，并探讨其对能源领域的影响。
一、水合物技术的原理水合物是一种特殊的化合物，由水分子和气体分子（通常是甲烷）通过氢键相互结合形成。
这种结合非常稳定，使得水合物在适宜的温度和压力下可以形成固态。
水合物技术利用这种特性，通过调节温度和压力，将天然气与水混合形成水合物。
水合物的形成使得天然气可以以固态形式储存和运输，大大增加了天然气资源的利用效率。
1. 能源开发：水合物是一种巨大的天然气资源，可以作为替代传统天然气的能源。
水合物资源潜力巨大，海底和陆地水合物储量丰富，可以为能源需求不断增长的世界提供可靠的能源供应。
2. 温室气体减排：水合物燃烧后产生的二氧化碳排放量较低，相比煤炭和石油等传统能源，水合物的使用可以减少温室气体的排放，减缓全球气候变化。
3. 海洋资源开发：水合物主要分布在海底，开发水合物资源可以促进海洋经济的发展，开拓海洋资源的新领域。
三、水合物技术的前景水合物技术在能源领域具有广阔的前景。
随着能源需求的不断增长和传统能源资源的逐渐枯竭，水合物作为一种新型能源具有巨大的潜力和市场。
水合物资源丰富，可以为各国提供可靠的能源供应，帮助解决能源安全问题。
此外，水合物技术还可以推动绿色能源的发展，减少对传统能源的依赖，促进可持续发展。
然而，水合物技术也面临一些挑战和问题。
首先，水合物开采和利用技术相对复杂，需要解决水合物的开采、储存和运输等关键技术问题。
其次，水合物开发需要大量的投资和技术支持，对于发展中国家来说可能面临较大的困难。
此外，水合物的开采和利用也可能对环境产生一定的影响，需要制定和执行严格的环境保护措施。
水合物技术是一项具有巨大潜力的能源开发技术。
它可以提高天然气资源的利用率，减少温室气体的排放，推动海洋资源的开发，为能源需求不断增长的世界提供可靠的能源供应。
甲烷水合物的开发与利用
甲烷水合物的开发与利用甲烷水合物是一种天然气水合物，是一种在深海和极地地区存在的含有甲烷的固体物质。
其中既有天然气，又有水分子。
由于其存在于海底深处，开采难度很大，但是随着技术的进步，人们能够利用这些资源。
那么，如何开发甲烷水合物并为社会服务呢？一、甲烷水合物的开发历程1980年，日本首次在其领海内发现了甲烷水合物，自此，全球各国都开始重视这种具有潜在经济价值的新型能源。
目前，日本、韩国、中国和俄罗斯等国家都在尝试利用这种资源。
同时，甲烷水合物也被认为可以解决全球气候变化和环境污染等问题。
二、甲烷水合物的特性1. 丰富的储量据统计，全球甲烷水合物的储量约为2500亿吨，是现有燃气储量的数倍。
其中，日本海和南海是世界上发现甲烷水合物储量最丰富的地区。
2. 开采难度大甲烷水合物存在于海底深处，开采难度很大。
现在主要使用的方式是利用海洋平台和其他技术对海底进行开采。
3. 环保性能好甲烷水合物的存在可以减少甲烷气体逸散，因此可以减少对环境产生的影响。
同时，使用甲烷水合物作为燃料可以减少二氧化碳的排放，对环境的改善也有一定的贡献。
三、甲烷水合物的开发利用1. 方式多样在甲烷水合物的开采和利用过程中，可以使用多种方式。
例如，通过提取天然气来利用甲烷水合物，也可以使用甲烷水合物中的水分子进行农业和生产活动。
同时，甲烷水合物还可以用于开发海洋矿产资源。
2. 经济效益大利用甲烷水合物可以使一些国家降低关于能源进口的依赖性，特别是像日本这样的能源进口国。
自从2008年中国在南海发现甲烷水合物之后，中国国有石油天然气集团公司一直在不断尝试开采甲烷水合物。
3. 对环境的改善甲烷水合物本身就是一种含有大量甲烷的天然气，其在燃烧的过程中可以减少二氧化碳的排放。
同时，其存在可以防止甲烷气体的逸散，进一步减少对环境的伤害。
四、甲烷水合物的风险挑战虽然甲烷水合物的开采和利用有很多优点，但是其开发过程中也面临着一些挑战和风险。
1. 对环境的影响甲烷水合物的开采过程会对海洋生态环境造成一定的影响，因此必须加强环境保护工作，对海洋生态环境加强保护和监督。
气体水合物应用技术研究进展
１ ０ 天然气 ， ８ 因此单位 体积 水合 物 的储气 量较 高 ； ③天然气水合物 的分解需 要较多 热量 ， 只要 切断传 热 途径 ， 即可使天然 气水 合 物长 期稳 定存 在 ； ④天 然气 水合物 固态储 存 以及用 作车 用燃 料来 代替 汽 油和 危
险性很大 的压 缩天 然气 ， 仅 使用 安 全 ， 且对 推 动 不 而 环 保 型汽 车 的发 展也 极具 吸引 力 ； 由于水 廉 价 易 ⑤
应 用研 究领域 进行 了简介 ， 别是 对 水合物 法储 运 天 然 气 、 水 淡 化 、 离气体 混合 物 、 Ｏ 特 海 分 Ｃ ｚ海底 储
存、Ｏ Ｃ 置换 开采 天 然气 水合物 、 盐开发技 术 、 冷技 术 等 国 内外 的研 究现 状进 行 了综述． 湖 蓄 随着 科 学技 术 的不断进 步 ， 气体 水合 物应 用技 术的领 域会 越 来越广 泛 ， 工业 化应 用水 平也会越 来越 高 ， 缓 对 解 能源危机 、 护环 境和 经 济与 资源的 可持 续发展 具 有重 大的现 实意义． 保
丙烷气体水合物合成实验的设计与研究
丙烷气体水合物合成实验的设计与研究摘要针对高中化学和大学化学中有关气体水合物的内容,设计了丙烷气体水合物的教学实验。
该实验采用简单的方法合成丙烷水合物,操作简单、安全,实验重复性高,可以调动学生的学习兴趣。
通过实验,便于学生了解丙烷水合物的物理化学性质、水合物相图的构成及作用。
关键词丙烷水合物合成冰粉教学实验气体水合物气体水合物是水与甲烷、乙烷、丙烷、CO2及H2S等小分子气体形成的一种外观似冰的笼形晶体化合物[1]。
现行高中化学课本中所说的“可燃冰”——天然气水合物就是其中的一种。
气体水合物中,水分子通过氢键相连形成一些多面体笼,尺寸合适的客体分子可填充在这些笼中。
气体水合物的研究历史可追溯到1810年,Davy发现氯气可使水在0℃以上变成固体,这种固体就是氯气水合物[2]。
到1934年,Hammersdhmidt在天然气管道中发现水合物堵塞管道,水合物的研究得到快速发展。
近二十年来在海洋和冻土带发现储量巨大的天然气水合物资源,使得天然气水合物被认为是21世纪重要的后续能源,气体水合物的研究受到世界范围内的高度重视。
气体水合物的结构与冰相似,基本结构特征是主体水分子通过氢键在空间相连,形成一系列大小不同的多面体孔穴。
空的水合物晶格可以认为是一种不稳定的冰,当这种冰的孔穴被客体分子填充后,就变成稳定的气体水合物。
其孔穴被客体分子填充的百分数越大,水合物越稳定。
目前已发现的水合物晶体结构有I型,II 型和H型[3]。
客体分子在水分子形成的笼形孔穴中的分布是随机的,只有当客体分子达到一定的孔穴占有率时水合物晶格才能稳定存在。
至于形成哪种水合物结构主要由客体分子大小决定,另外也受客体分子形状、温度、压力、是否有水合物促进剂等因素影响。
为了使课本知识与最新的科研动态相结合,激发学生兴趣,使学生在学习过程中对气体水合物有更加感性的认识,设计了适合高中及大学化学的丙烷气体水合物合成实验,让学生可以自己动手合成气体水合物,以便学生可以更好地认识、了解气体水合物的性质。
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切的联系, 在深海沉积层或永久冻土层中, 甲烷在适 当的低温高压条件下会形成天然气水合物, 但当温 度升高或压力降低时天然气水合物会分解, 释放出 甲烷。由于天然气水合物蕴藏量极大( 天然气水合 物资源远远超过传统的石油、天然气、煤和油页岩等 能量储量的总和) , 其甲烷的吞吐量也极大, 甲烷是 一种重要的温室气体, 其温室效应比 CO2 还大 ( 效 应强度是 CO2 的 20 倍) , 因而天然气水合物释放或 吸收甲烷对全球气候可产生重大影响。对此也有很 多深入的研究[ 24~ 27] 。 2. 3 水合物技术与应用研究
在电解质溶液体系中以及在甲醇存在条件下水合物 生成条 件的研究 非常多[ 9~ 11] , 产生了一 些理论 模 型[ 12~ 16] , 并且 出 现了 预 测水 合 物生 成 条件 的 软 件[ 17] 。对该领域的深入研究仍在进行。
2. 2 安全有效地探测、开采与应用天然气水合物资 源的研究
天然气水合物是天然气与水在一定条件下形成
收稿日期: 2003- 03- 02 作者简介: 徐红( 1968- ) , 女, 山东青岛人, 1991 年毕业于山东纺织工学院化学纤维专业, 同年到济南化 纤总公司( 现济 南 正昊化纤新材料有限公司) 工作, 主要从事技术研究工作, 现任高级工程师。
第5期
徐红, 等: 气体水合物的研究与应用
水蓄冷是利用显热蓄冷, 蓄能密度小, 而共晶盐 蓄冷和冰蓄冷是利用相变潜热蓄冷, 蓄能密度高, 但 相变温度低, 在 0 或以下。氟利昂 ( CFC) 水 合物 ( 又称暖冰) 的相变温度在 8~ 12 , 刚好符合空调 对蓄冷媒的要求( 5~ 12 ) , 具有相变温度高, 蓄能 密度大, 热交换效率高的优点, 广泛用作空调介质。 但是氟利昂对大气臭氧层破坏严重, 所以受到严格 的限制, 研究新型 CF C 替代物的气体水合物成为当 前的研究重点[ 31, 32, 36] 。 3 结束语
水合物的种类, 到目前为止, 已经发现的气体水合物 物的结构和形成条件差别很大, 但是如果每种水合
结构有 I 型、II 型和 H 型 3 种, 三种晶体的结构特性 列于表 1[ 1] 。客体分子的饱和蒸气压的大小决定了
物的各笼都被气体分子占据, 它们表现出惊人的相 似性, 即都是由质量分数为 85% 左右的水和质量分
生成水合物压力的大小, 例如气体分子形成水合物 的一些特性列于表 2[ 2] 。现已发现 40 多种 纯物质 能和水生成气体水合物, 混合物则更多[ 3] 。
数为 15% 左右的气体组成。由于水含量高, 除了热 导和热膨胀性能之外, 3 种水合物的机械性能和冰 十分相似。水合物的密度为 850~ 1050kg/ m3[ 2] 。
2003 年 第 32 卷
( 例如海水淡化) 已小型工业化[ 28~ 32] 。 2. 3. 1 水合物技术储运天然气
天然气是一种对环境比较友好的清洁能源, 现 在应用的 3 种运输方法都存在很大的缺点。目前最 常用的运输方法是管道运输, 压力高, 初期投资大; 另一种低温液化方法压力高, 成本高; 较少采用的吸 附运输方法吸附剂寿命短, 吸附和脱附周期长。所 以人们一直在寻求更好的运输方式。天然气水合物 储存 密 度高, 运输 费 用低, 引起 广泛 的 研究 和 关 注[ 33] 。水合物技术也可用于天然气储存, 将天然气 转变为水合物储存在特定的海域或地面上, 需要时 再分解水合物获得天然气。 2. 3. 2 水合物技术分离混合物
水合物法分离混合物是基于水合物晶体中仅包 含水和气体, 且气体在晶体中的组成与其在原相中 的组成不同。各种气体形成水 合物的压力差 别很 大, 控制压力使易生成水合物的组分发生相态变化 ( 从气态到固态) , 因此通过形成水合物易进行某些 气体组分的分离, 如甲烷和乙烷、甲烷和乙烯等。同 时由于水合物中不含离子和强极性组分, 通过形成 水合物可以实现水和盐类、酸类、碱类、醇类等物质 的分离。基于上述原理, 水合物分离技术可用于海 水淡化、溶液提浓、气体分离及生物工程和生物技术 等领域。与超临界萃取、深冷分离和冷冻结晶分离 相比, 水合物的生成条件温和、能耗低、分离效率高、 对环境无害, 具有广阔的应用前景[ 34, 35] 。 2. 3. 3 气体水合物蓄冷技术
关键词: 气体水合物; 结构; 应用
中图分类号: O742. + 6
文献标识码: A
文章编号: 1008- 021X ( 2003) 05- 0024- 03
Research and Application of Gas Hydrate
X U H ong1, ZH A N G Bao- hua2, FA N A i - j uan 2
S II 型大笼 S II 型大笼 S II 型大笼
2 气体水合物的研究与应用 虽然早在 19 世纪在实验室中就发现了气体水
合物, 但只有在油田生产和运输管道、设备中发现水 合物堵塞问题时, 天然气水合物的研究才引起人们 的重视。对气体水合物的研究可分为三大领域。
2. 1 抑制和防止水合物的形成的研究 1934 年, H ammerschmidt[ 4] 用实验确认了 堵塞
高压) 下生成的非化学计量的固体结晶物质。作为 合物, 所以应用广泛, 特别是用于海水淡化。甲烷是
主体的水分子通过氢键作用形成不同形状的笼, 作 天然气的主要成分, 而天然气是一种重要的能源, 所
为客体的气体分子则居于笼中, 主体分子和客体分 子间通过范德华力相互作用。客体分子的大小决定
以研究较多。CO2 是一种温室气体, 有人提出用水 合物的方法埋藏 CO2, 取得了一定成果。虽然水合
天然气输送管道的固体物质不是冰, 而是天然气和 水形成的水合物。随后, 人们为抑制和防止水合物 的形成进行了不懈的努力, 在相平衡和动力学抑制 剂方面取得了巨大成就[ 5~ 8] , 甲醇和乙二醇已经用 于油气工业的生产设备和运输 线作为热力学 抑制
剂, 但甲醇和乙二醇用量大、成本高( 抑制剂成本占 生产总成本的 5% ~ 8% ) 、毒性强, 新型抑制剂的开 发特别是动力 学抑制剂的研 究成为热点[ 7] 。对于
0. 41 0. 42 0. 51 0. 512 0. 436 0. 458 0. 55 0. 628 0. 65
14. 30 11. 10 0. 55 1. 26 2. 56 0. 093 0. 53 0. 176 0. 113
SI 型大笼和小笼 SI 型大笼和小笼 SI 型大笼和小笼 SI 型大笼和小笼 SI 型大笼和小笼 SI 型大笼和小笼
25
形和 2 个六边形组成的十四面体, 结构分子式可表示为 2( 512) 6( 51262) 46H20。结构 II 和 H 型水合物单晶结构特征可用同样的方法解读。
表2
气体 分子形成水合物的一些特性
客体分子名称
客体分子直径/ nm
0 形成水合物的压力/ M Pa
气体进入哪种笼
N2 O2 C2H 4 CO 2 CH4 H 2S C2H 6 C3H 8 i- C4H10
从表 2 可见部分气体在 0 生成气体水合物的
表1
气 体水合物晶体的结构特征
水合物结构 晶穴种类 晶穴结构 晶穴数目
晶穴平均半径/ nm 可容纳分子的大小/ nm
单位晶胞水分子数 晶体结构
I型 小晶穴 大晶穴
512
51262
2
6
0. 391 0. 433
< 0. 52
46 立方体
II 型 小晶穴 大晶穴
商业开发前景的战略 资源[ 9] 。随着天 然气水合物 应用研究的不断深入, 美国、日本、朝鲜、加拿大、挪 威以及印度等国均积极地投入专款扶持。2000 年 5 月, 甲烷气水合物科学探索与发展条例被美国国会 正式批准成为法律。日本计划最迟在 2010 年以前 使天然气水合物的开采达到商品化生产的程度。我 国科研人员最近已在南海至少 130 公里的地震剖面 上识别出了天然气水合物矿藏的显示标志, 探明矿 层厚达 80~ 300m。专家估算这一地区天然气水合 物总资源量大约相当于我国陆上和近海石油天然气 总资源量的 1/ 2。基于各国对开发的迫切态度和高 油价的影响, 预计天然气水合物开发可在 15~ 20 年 内初见成效。关于天然气水合物的探测与开采研究 工作倍受关注和重视, 已经取得了一定成绩, 目前仍 是热点[ 18~ 23] 。同时天然气水合物与环境之间有密
山东化工
24
SHAN DONG CHEM ICAL IN DU ST RY
2003 年 第 32 卷
气体水合物的研究与应用
徐红1, 张宝华2, 樊爱娟2
( 1. 济南正昊化纤新材料有限公司, 山东 济南 250100; 2. 上海大学环境化工学院化工系, 上海 200072)
摘要: 概述了气体水合物的结构与性能特点, 从抑制和防止水合物的 形成、安全有效地 探测与开采 应用天然 气水合物 资源和水 合 物技术与应用三个方面综述了气体水合物的研究与应用现状和未来。
8
0. 391 0. 473
0. 52~ 0. 69
136 立方体
H型 小晶穴 中晶穴 大晶穴
512 435663 51268 321
0. 391 0. 406 0. 571 0. 75~ 0. 90 34 六面体
* 说明: 从表 1 可以看出结构 I 水合物单晶由 2 个小晶穴和 6 个大晶穴组成, 小晶穴为 12 个五边形组成的十二面 体, 大晶穴为 12 个五 边
经过几十年的研究和发展, 一门基于水合物形 成和分解且具有重要工业应用前景的水合物技术现 已形成, 它在天然气贮存和运输、海水淡化、气体混 合物分离、有机水溶液浓缩、二氧化碳深海贮藏、生 物酶活性控制、纳米级半导体微晶合成、空调水合物 蓄冷和汽车驱动等许多领域中得到研究, 部分技术